Системы и схемы водоснабжения. Источники водоснабжения

Курс лекций по дисциплине «ИНЖЕНЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ» для групп ОВР-36 и ЗОВР-45а на кафедре «Гидротехническое и дорожное строительство» 1 Системы и схемы водоснабжения 1.1 Классификация систем водоснабжения. Система водоснабжения представляет собой комплекс инженерных сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и обработку ее, транспортирование и подачу потребителям требуемых расходов и качества под необходимым напором. Системы водоснабжения классифицируют по следующим признакам: по виду водоисточника – с использованием поверхностных вод; с использованием подземных вод; смешанные; по способу подъема воды – нагнетательные (напорные), в которых вода к потребителям подается механическим способом (насосами); самотечные (гравитационные); комбинированные; по назначению: - хозяйственно-питьевые – для подачи воды на питьевые, хозяйственно-бытовые и санитарно-технические нужды, а также на благоустройство населенных пунктов (полив улиц, зеленых насаждений и т.д.); качество воды - питьевая; - производственные – подача воды различным отраслям производства (заводы, фабрики и др.) и для нужд сельского хозяйства (животноводческие фермы, производственные комплексы, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, теплицы, пастбища и т.д.); качество воды определяется требованиями производства. Системы производственного водоснабжения могут быть оборотные, с повторным использованием воды и др.; - противопожарные – подача воды на тушение пожаров. Перечисленные группы водопроводов могут быть как самостоятельными, так и объединенными. Объединяют водопроводы в том случае, если требования, предъявляемые к качеству воды, одинаковые или это выгодно экономически. Например, хозяйственно-питьевые водопроводы в населенных пунктах, как правило, объединяют с противопожарным, т.к. это целесообразно экономически. Производственный водопровод можно объединять с хозяйственно-питьевым и противопожарным. по способу доставки и распределения воды системы водоснабжения бывают: централизованные, децентрализованные и комбинированные. Централизованная система – это система, при которой вода из одного или нескольких источников поступает в общую водораспределительную сеть или сначала в один или несколько резервуаров, а из них – в общую сеть, питающую водой весь объект данной системы. Водоснабжение всех потребителей при централизованной системе осуществляют из единой водопроводной системы. При этом водозаборные, водоподъемные и очистные сооружения рассчитаны на подачу воды всем потребителям, находящимся в зоне действия системы, и работают по согласованному графику. Централизованные системы водоснабжения, подающие воду в сельские населенные пункты и другие объекты в пределах района, области и более обширного региона, называют групповыми сельскохозяйственными водопроводами, которые в зависимости от района обслуживания делят хозяйственные (колхозные, совхозные), межхозяйственные, областные, межобластные, межреспубликанские. Групповые сельскохозяйственные водопроводы строят в первую очередь в безводных или плохо обеспеченных водой районах, а также когда местные водные ресурсы недостаточны или непригодны для водоснабжения. Децентрализованная система – это система водоснабжения, при которой каждый хозяйственный или производственный центр снабжают водой обособленно, независимо от других объектов. При этом в каждом центре устраивают локальный водопровод. Комбинированная система - промежуточная между децентрализованной и централизованной. При этой системе некоторые группы (кусты) объектов снабжают водой централизованно, используя кустовые водопроводы, а другие объекты – локально, используя локальные системы водоснабжения. по характеру использования воды – прямоточные, в которых воду после однократного использования выпускают в канализацию; прямоточные с повторным использованием воды; оборотные, в которых воду после использования для технических целей очищают и охлаждают, затем многократно используют на том же объекте; по надежности – одной из 3х категорий в зависимости от вида потребителя и требований бесперебойности подачи воды. 1.2 Основные схемы систем водоснабжения Системы водоснабжения устраивают по определенным схемам, которые представляют собой совокупность сооружений водопровода и последовательность расположения их на местности. Схемы расположения водопроводных сооружений различны и зависят в основном от принятого источника водоснабжения: его характера, мощности, качества воды в нем. Проектирование любого водопровода начинается с вычерчивания его схемы в плане (в разрезе) и определения состава сооружений. Обычно в начальной стадии проектирования составляют две (или более) возможные схемы водоснабжения, которые являются вариантами проекта будущего водопровода. Затем проводится технико-экономический расчет – сравнение вариантов, выбирают наивыгоднейший. По выбранной схеме окончательно проектируют и рассчитывают все устройства и элементы СВ. Схема водоснабжения из поверхностных источников. При заборе воды из поверхностных источников (река, водохранилище, канал, море и др.) схема водоснабжения следующая (рисунок 1а): а – из поверхностного источника; б – из подземного источника с одним подъемом воды; в - из подземного источника с двумя подъемами воды с установкой (станцией) улучшения качества воды; 1 – источник водоснабжения; 2 – водозаборное сооружение из реки (а), скважины (б, в); 3 – насосная станция I подъема (а), насос в скважине (б, в); 4 – станция улучшения качества воды; 5 – резервуар чистой воды; 6 – насосная станция II подъема; 7 – водовод; 8 – водонапорная башня; 9 – наружная водопроводная сеть; 10 – внутренний водопровод Рисунок 1 – Схемы водоснабжения из поверхностных и подземных источников - забор воды водозаборными сооружениями; - подъем воды и создание напора насосными станциями; - улучшение качества воды на очистных станциях с устранением из нее различных примесей; - транспортирование воды к объектам водоснабжения и распределение ее между водопотребителями; - регулирование расхода воды для сглаживания неравномерности водопотребления при помощи аккумулирующих резервуаров. Воду из источника водоснабжения захватывают с помощью водозаборных сооружений и насосной станцией I подъема подают на очистную станцию. Очищенная вода поступает в резервуары чистой воды, а оттуда насосной станцией II подъема по водоводу подается в регулирующее сооружение (водонапорную башню) и в наружную (уличную) разводящую сеть и далее во внутренние водопроводы зданий. Схемы водоснабжения при использовании подземных источников с одним или двумя подъемами воды (рисунок 1б, в). При отклонении качества подземной воды от требований ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая» в системе водоснабжения, помимо перечисленных выше, предусматривают сооружения для улучшения ее качества (например, обезжелезивание, умягчение, обесфторивание, опреснение и др.). Схемы водоснабжения для производственных целей оборотного и повторного использования воды. Особенности использования воды в некоторых технологических процессах промышленных предприятий привели к созданию специальных систем оборотного водоснабжения и систем последовательного (повторного) использования воды (рисунок 2). а – оборотная система; б – система повторного использования воды; I, II, III – цехи предприятия; 1 – узел головных сооружений; 2 - водопровод «свежей» воды; 3 – водовод, подающий воду на предприятие; 4 - сооружения для приема и обработки использованной воды; 5 – резервуар оборотной и «свежей» воды; 6 – насосная станция; 7 – водовод, отводящий использованную воду; 8 – водовод, отводящий воду из цеха I в цехи II и III; 9 – сброс отработанной воды Рисунок 2 – Схемы оборотного и повторного использования воды Оборотную систему с использованием подземных вод наиболее часто применяют промышленные предприятия для охлаждения технологического оборудования. Относительно низкая и постоянная температура подземных вод повышает коэффициент использования воды оборотной системы, а в некоторых случаях влияет на повышение производительности оборудования и улучшения качества продукции. Она снижает расход воды, забираемый из источника. Простейшая схема оборотного водоснабжения представлена на рисунке 2а. Если качество воды, сбрасываемой одним потребителем, допускает ее использование другими потребителями, то применяют систему повторного использования воды (рисунок 2б), которая также снижает расход, забираемый из источника, что позволяет пользоваться менее водообильными источниками. Схемы самотечного водоснабжения. При благоприятном рельефе местности, когда потребитель воды расположен ниже водозаборных сооружений (например, выход ключей в горах), возможно устройство самотечных водопроводов. В этом случае насосные станции не нужны. Схемы групповых водопроводов. Такие водопроводы одной системой охватывают несколько населенных пунктов, иногда различного назначения (рисунок 3). 1 – узел головных сооружений; 2 – нагнетательный напорный водовод; 3 - резервуары; 4 – самотечный напорный водовод; 5 – насосная станция подкачки; 6 – водонапорная башня; 7 – населенный пункт Рисунок 3 – Схемы группового водопровода В схему группового водопровода входят следующие сооружения: водозаборные скважины, запасно-регулирующие резервуары, насосная станция перекачки воды, водоводы, разводящие сети внутри населенных пунктов. При поступлении воды в населенный пункт по одной линии водовода в схеме предусматривают внутрихозяйственные водопроводы, которые состоят из запасно-регулирующих резервуаров для хранения запаса воды на пожаротушение, аварийный случай и объема для регулирования работы сети, насосной станции, объемов для внутрихозяйственной водопроводной сети и водонапорной башни. Целесообразность устройства такого водопровода обосновывают детальными технико-экономическими расчетами. 2 Источники водоснабжения 2.1 Требования к источникам водоснабжения  Суммарные водные ресурсы России для среднего по водности года оцениваются приблизительно в 5000 км/год, из них 80 % приходится на поверхностный сток и около 20 % - на подземные воды. Выбор водоисточника является важнейшей задачей при проектировании системы водоснабжения, т. к. он определяет характер самой системы, технологическую схему и состав водопроводных сооружений, а следовательно, строительную и эксплуатационную стоимости водопроводного комплекса. При выборе источника водоснабжения того или иного объекта требуются всестороннее изучение и тщательный анализ водных ресурсов региона, где расположен проектируемый объект. Используемые для целей водоснабжения природные источники могут быть подразделены на поверхностные (реки, моря, водохранилища и озера) и подземные (грунтовые и артезианские воды и родники). Для водоснабжения населенных мест и большинства промышленных предприятий наиболее подходящими являются подземные (особенно артезианские и родниковые ) слабоминерализованные воды. На выбор водоисточника влияют следующие основные факторы: - удаленность источника от объекта водоснабжения; - санитарная гидрогеологическая характеристика источника (необходимость регулирования речного стока и условия его осуществления, качество и количество воды в выбираемых источниках); - высота подъема воды от источника до объекта водоснабжения и стоимость ее кондиционирования. Перечисленные факторы взаимодействуют в различных сочетаниях, поэтому, как правило, необходимо технико-экономическое обоснование выбора источника. Качество вод природных источников – самостоятельно. 2.2 Подземные воды, условия залегания и формирования. Зона санитарной охраны подземных вод Отличительными особенностями подземных вод являются постоянные температуры (5-12С), отсутствие мутности и цветности, высокая санитарная надежность, значительная минерализация, а иногда повышенное содержание железа, фтора, солей жесткости, марганца и сероводорода. Они образуются в результате проникания в глубь земли атмосферных осадков и поверхностных вод, а так же вследствие конденсации водяного пара из атмосферы. Подземные воды, заполняя поры тех или иных пород, образуют так называемые водоносные пласты; в трещинах и пещерах они находятся в виде подземных водотоков. Водоносный пласт подстилается водоупорным пластом, называемым водоупорным ложем или просто водоупором. Пласты породы, перекрывающие водоносный пласт, называются его кровлей. Безнапорные подземные воды насыщают водоносный пласт не на всю его толщину, а имеют свободную поверхность, называемую зеркалом подземных вод (рисунок 4). Уровень воды в колодцах, сооруженных в таком пласте, устанавливается на той же отметке, на которой вода была встречена при вскрытии пласта. Давление над свободной поверхностью грунтовых вод, т. е. над их зеркалом, равно атмосферному. Мощность водоносного пласта определяется слоем водовмещающей породы от водоупора до зеркала подземных вод. 1,2 – область питания артезианских вод; 3 – «верховодка»; 4 – грунтовые воды; 5 – пьезометрическая линия; 6 – нисходящий источник; 7 – река; 8,10 – область разгрузки напорных вод; 9 – восходящий источник; 11 – артезианские воды; 12 – межпластовые безнапорные воды; 13 – водопроницаемые грунты; 14 – водоупорные породы; А и Б - артезианские скважины Рисунок 4 – Схема залегания подземных вод Подземные воды, полностью насыщающие водоносный пласт, перекрытый сверху водонепроницаемыми грунтами, и обладающие пьезометрическим напором, называют напорными или межпластовыми. При напорных водах уровень в колодцах поднимается выше отметки, на которой вода может быть встречена при устройстве колодца. Давление под кровлей напорного пласта больше атмосферного. В местах выхода водоносных пластов на поверхность земли образуются родники или ключи. В верхних припочвенных слоях иногда встречаются воды, обычно называемые «верховодкой», которые характеризуются непостоянством и неопределенностью залегания. При решении вопроса об использовании подземной воды необходимо своевременно установить, залегает она в виде грунтового потока, т. е. водоносного пласта, по порам которого непрерывно движется вода, или грунтового бассейна, т. е. водоносного пласта, содержащего в своих пустотах некоторый запас неподвижной воды, пополняемой различными путями. В грунтовом потоке свободная или напорная поверхность подземных вод имеет некоторый уклон в направлении движения потока. Свободная поверхность вод грунтового бассейна горизонтальная. Зона санитарной охраны подземных вод делится на два пояса. Границы первого пояса необходимо устанавливать на расстоянии от водозабора: - для надежно защищенных горизонтов – не менее 30 м; - для незащищенных, недостаточно защищенных горизонтов и инфильтрационных водозаборов – не менее 50 м. Очевидно, что для инфильтрационных водозаборов в зону первого пояса необходимо включать прибрежную территорию между водоемом и водоприемным сооружением. Для одиночных колодцев, расположенных на территории, где исключено загрязнение почвы, расстояние от них до ограждения допускается 15-25 м в зависимости от местных условий. Второй пояс (зона ограничений) представляет собой территорию, для которой вводятся определенные ограничения ее использования с тем, чтобы предотвратить возможность загрязнения эксплуатируемого водоносного слоя. Границы второго пояса устанавливают в зависимости от санитарных и гидрогеологических условий, характера использования подземного потока и определяют расчетом. На территории второго пояса должны быть осуществлены следующие предупредительные мероприятия: - выявлены и затампонированы старые и неработающие скважины; - приведены в порядок дефектные скважины; - выявлены и ликвидированы имеющиеся поглощающие колодцы; - проведено благоустройство населенных пунктов, расположенных на территории зоны с целью защиты используемого водоносного пласта от всевозможных загрязнений с поверхности. Во втором поясе зоны санитарной охраны не допускается проведение каких-либо работ, связанных с нарушением пород, перекрывающих сверху используемый водоносный слой. Запрещается размещение животноводческих ферм и стойбищ, в том числе и выпас скота, на расстоянии менее 100-300 м от границ первого пояса. 2.3 Поверхностные источники водоснабжения, особенности формирования качества воды в них. Зона санитарной охраны В настоящее время централизованные системы хозяйственно-питьевого водоснабжения получают воду в более чем 80 % из поверхностных источников. В сложившейся практике из поверхностных водоисточников наиболее часто используют реки. Как правило, средние и крупные реки по своему дебиту (максимально возможному расходу) удовлетворяют потребности в воде обычных объектов водоснабжения, в противном случае производят зарегулирование их стока. Рекам свойственны сезонные колебания их расхода и качества воды, поэтому при выборе реки нужно проверять возможность получения необходимых количеств воды в период наименьшего ее дебита и при изменении очертаний ее русла. Следует помнить, что в периоды паводков речная вода характеризуется высокой цветностью и низкой щелочностью, большим количеством взвешенных веществ, наличием различных ядохимикатов (в результате смыва с полей), значительной бактериальной загрязненностью, наличием привкусов и запахов, что осложняет ее очистку. Как правило, речные воды отличаются малым содержанием минеральных солей и небольшой жесткостью. Особую трудность представляет собой использование для целей централизованного водоснабжения горных рек, отличающихся не только резкими колебаниями дебита, но и качеством воды. Воды озер характеризуются различной степенью минерализации, незначительной мутностью, цветностью и наличием солей железа в периоды паводков. Воды водохранилищ отличаются малой мутностью(за исключением прибрежной зоны, где она увеличивается вследствие сработки берегов), высокой цветностью и окисляемостью, наличием планктонов в теплое время года, низкой минерализацией, небольшим щелочным резервом и малой жесткостью. Указанные особенности этих вод представляют известные трудности при решении задачи улучшения их качества. Зона санитарной охраны поверхностного источника водоснабжения представляет собой территорию, которая охватывает используемый водоем и частично бассейн его питания. На этой территории устанавливают режим, гарантирующий надежную защиту источника водоснабжения от загрязнения и обеспечение требуемой санитарной надежности воды. Зона санитарной охраны устанавливается в два пояса: для водозаборных сооружений и площадок водоочистных сооружений она состоит из первого пояса, для водоводов – из второго пояса. Первый пояс («строгого режима») охватывает водоем в месте забора воды и территорию размещения головных водопроводных сооружений (водоприемников, насосных станций, резервуаров). Территорию этого пояса ограждают от доступа посторонних лиц и окружают зелеными насаждениями. Постоянное проживание людей не допускается. Границы первого пояса зоны санитарной охраны для реки или водоподводящего канала устанавливают: - вверх по течению – не менее 200 м от водозабора; - вниз по течению – не менее 100 м от водозабора; - по прилегающему к водозабору берегу – не менее 100 м от линии уреза воды при максимальном уровне; - в направлении от прилегающего к водозабору берега в сторону водоема: при ширине реки или канала до 100 м – вся акватория и противоположный берег полосой 50 м от уреза воды при максимальном уровне, при ширине реки или канала свыше 100 м – полоса акватории шириной не менее 100 м. Границы первого пояса зоны санитарной охраны водохранилища или озера, используемых в качестве водоисточника, устанавливают: - по акватории во всех направлениях – не менее 100 м от водозабора; - по прилегающему к водозабору берегу – не менее 100 м от линии уреза воды при максимальном уровне. На водозаборах ковшового типа в первый пояс входит вся акватория ковша. Второй пояс зоны санитарной охраны включает источник водоснабжения и бассейн его питания, т. е. все территории и акватории, которые оказывают влияние на формирование качества воды источника, используемого для водоснабжения. Границы второго пояса реки или канала определяют исходя из возможности загрязнения водоема стойкими химическими веществами: - вверх по течению – исходя из пробега воды от границ пояса до водозабора при расходе 95%-ой обеспеченности в течение 3-5 суток; - вниз по течению – не менее 250 м; - боковые границы - по водоразделу. Для водохранилища или озера границы второго пояса устанавливают исходя из пробега воды от них до водозабора в течение не менее 5 суток при максимальной скорости течения. При наличии судоходства в зону второго пояса включается акватория, прилегающая к водозабору в пределах фарватера. Зона второго пояса должна обеспечивать условия для формирования качества воды, соответствующей стандарту: для рек и каналов на расстоянии 1 км вверх по течению, для озер и водохранилищ – на расстоянии 1 км в обе стороны. Граница первого пояса зоны санитарной охраны площадки водоочистных сооружений должна совпадать с ее ограждением, которое располагают на расстоянии: не менее 30 м от стен запасных и регулирующих емкостей, фильтровальных сооружений и насосных станций; не менее 10 м от стен или конструкций ствола водонапорной башни; расстояние от стен остальных помещений – согласно действующему СНИПу. При прокладке водоводов по незастроенной территории ЗСО надлежит предусматривать в виде полосы шириной в обе стороны от крайних линий: при отсутствии грунтовых вод или движению их по направлению от водоводов диаметром до 1000 м – шириной 10 м, диаметром более 1000 м – шириной 20 м, а при движении грунтовых вод в направлении к водоводам независимо от их диаметра – шириной не менее 50 м. При прохождении водоводов по застроенной территории допускается уменьшение ширины полосы ЗСО. 3 Водопотребление 3.1 Основные категории водопотребления Решение вопросов водоснабжения того или иного объекта начинается с определения требуемого количества и качества воды. Основными категориями водопотребителей вода расходуется: - на хозяйственно-питьевые нужды населения, обусловленные бытом людей (питье, приготовление пищи, личная гигиена и гигиена жилища, стирка и т.п.); сюда же относятся все расходы воды на благоустройство (поливка проезжей части улиц и тротуаров, зеленых насаждений, обводнение городских водоемов и обмен воды в бассейнах и т.п.). Эта категория водопользователей при объединенном водопроводе предъявляет к воде требования, регламентируемые ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая», СанПиН 2.1.4. 1074 - 01 «Вода питьевая. Гигиенические требования качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.» т.е., в целом, это прежде всего санитарно-гигиенические требования. Вместе с тем в аридных и полуаридных зонах для этих целей можно использовать воду с повышенной минерализацией, с также дочищенные сточные воды для поливки зеленых насаждений, улиц и других целей; - для нужд сельского хозяйства: на хозяйственно-питьевые цели, коммунальные нужды (котельные, прачечные, столовые и пр.), для производственных целей (МТС, мастерские по ремонту сельскохозяйственной техники, тепличное хозяйство и т.п.), для водопоя скота (минерализация воды до 3 г/дм и орошения (качество воды не нормируется, но не должно вызывать засоления почвы); - для технологических целей различных промышленных предприятий (приготовление различных фабрикатов, промывка продукции и пр.). В этом случае требования к воде определяются технологией производства; - для паросилового хозяйства используется вода, не содержащая примесей, вызывающих образование накипи, вспенивания котловой воды, унос солей с паром и коррозию металла; - для охлаждения различных производственных аппаратов используется вода с минимальной температурой, не содержащая грубых взвешенных частиц, стабильная, с минимальным количеством биологических загрязнений; - для заводнения нефтяных пластов и пылеподавления в шахтах требуется значительное количество воды питьевого качества (по физико-химическим показателям; - для пожаротушения пригодна вода практически любого качества. 3.2 Нормы водопотребления Определение количества воды, необходимой потребителю, является ответственной задачей при проектировании систем водоснабжения. Количество воды, требуемой для хозяйственно-питьевых нужд населения, определяется по следующей методике. Общий расход воды на нужды населения в каком-либо населенном пункте пропорционален числу жителей. Следовательно, необходимо знать расход воды одним жителем (удельное водопотребление), который является суммой расходов на различные нужды и зависит от степени комфортности жилищ, благоустройства города, климатических условий и т.п. Чем выше степень санитарно-технического оборудования жилищ, тем больше будет удельное водопотребление; в условиях жаркого климата водопотребление больше и т.д. На основании обширных статистических данных о фактическом удельном водопотреблении на хозяйственно-питьевые нужды населения разработаны нормы расходования воды на одного жителя. Эти нормы служат основой для определения общих расходов воды с учетом степени благоустройства жилищ и климатических условий при проектировании систем водоснабжения. Очевидно, что с ростом благосостояния населения и совершенствованием санитарно-технического оборудования расход потребляемой воды постоянно увеличивается, поэтому нормы водопотребления постоянно пересматриваются. В настоящее время действуют нормы хозяйственно-питьевого водопотребления, приведенные в СНИП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий», которые учитывают расходы воды на все хозяйственно-питьевые нужды людей как в жилых домах, так и в общественных зданиях (столовых, банях, прачечных, кинотеатрах, больницах и т.д.). Таблица 1 – Средние нормы водопотребления на одного жителя Характер оборудования зданий санитарно-техническими устройствами Средняя норма водопотребления q, л/сут Внутренний водопровод и канализация (без ванн) Внутренний водопровод, канализация и ванны с местными водонагревателями Внутренний водопровод, канализация и система централизованного горячего водоснабжения 125-160 160-230 230-250 П р и м е ч а н и я: 1. При водопользовании из водоразборных колонок удельное среднесуточное водопотребление на одного жителя следует принимать 30-50- л/сут. 2. Количество воды на нужды местной промышленности и неучтенные расходы принимают дополнительно в размере 10-20-% суммарного расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населенного пункта. Для районных перспективных схем водоснабжения среднесуточные за год нормы водопотребления следует принимать по таблице 2. Расход хозяйственно-питьевой воды изменяется по сезонам года, поэтому при проектировании системы водоснабжения кроме среднесуточного необходимо знать и вероятное максимальное суточное водопотребление объекта. При определении суммарного расхода воды необходимо учитывать расход воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих во время пребывания их на производстве и расходы на поливку зеленых насаждений, мойку улиц и площадей (таблица3). Таблица 2 – Перспективные нормы водопотребления Вид водопотребления Средняя норма водопотребления, л/сут до 1980 г. до 2000 г. Для городских и промышленных районов: хозяйственно-питьевые нужды, местная промышленность, поливочные и другие нужды Для сельскохозяйственных районов: хозяйственно-питьевые нужды (без учета расходов на поливку) 500 100 600 150 П р и м е ч а н и я: 1. Норму водопотребления допускается изменять на 10-20% в зависимости от климатических условий и степени благоустройства. 2. Для южных районов допускается учитывать в водохозяйственном балансе расход воды на поливку зеленых насаждений и приусадебных участков из арычной сети в размере 0,5-1,0 м/сут на одного жителя. Таблица 3 – Нормы расходов воды на благоустройство территории населенных пунктов и промышленных предприятий Вид использования воды Измеритель Норма расхода на одну поливку, л/м Механизированная мойка усовершенствованных покрытий площадей и проездов Механизированная поливка усовершенствованных покрытий площадей и проездов Поливка из шлангов вручную усовершенствованных покрытий тротуаров и проездов Поливка цветников и газонов Поливка городских зеленых насаждений 1 мойка 1 поливка то же -«- -«- 1,2-1,5 0,3-0,4 0,4-0,5 4-6 3-4 П р и м е ч а н и к. Принимают одну-две поливки в сутки в зависимости от климатических условий. При отсутствии сведений о площадях, подлежащих поливке или мойке, для предварительных расчетов рекомендуется принимать суммарный расход на эти нужды из расчета 50-90 л/сут на одного жителя в зависимости от климатических условий, мощности водоисточника, степени благоустройства населенных пунктов и других местных условий. На производственных предприятиях поливку зеленых насаждений и мойку проездов разрешается производить водой из сетей производственного водоснабжения, если качество ее соответствует санитарным и агротехническим требованиям. В сельскохозяйственных поселках значительное количество воды расходуется на водопотребление животных, на водоснабжение тракторов и сельскохозяйственных машин, а также на нужды различных промышленных предприятий, перерабатывающих сельскохозяйственную продукцию. Кроме того, для сельских населенных мест характерен большой расход воды животными, находящимися в личной собственности жителей, который должен учитываться также в составе хозяйственно-питьевого расхода воды населением. При расчете водопотребления сельских населенных мест в ряде случаев можно применять укрупненную норму расхода воды на один двор, которую для различных районов страны устанавливают в соответствии с местными условиями (таблица 4). Таблица 4 – Примерные укрупненные нормы расхода на один сельский двор Потребители Число потребителей Нормы расхода воды, л/сут Общий расход, л/сут Семья Коровы молочные Молодняк к.р.с. Овцы и козы Свиноматки с приплодом Птицы 5 1 1-2 5-10 1 20 100 100 30 10 60 1 500 100 30-60 50-100 60 20 Всего 760-790 или ≈ 800-1000 Наиболее крупными производственными водопотребителями воды являются металлургические и нефтедобывающие заводы, теплосиловые станции, использующие воду для охлаждения. Кроме того, на производстве вода используется для обмывки продуктов, конденсации и получения пара, промывки используемых материалов, гидравлического транспорта, пылеподавления и др. Очевидно, что разные производственные потребители предъявляют к качеству воды различные требования. При проектировании систем водоснабжения промышленных предприятий расчетные расходы воды для нужд производства принимают исходя из характера и объема производства, состава исходного сырья и получаемого продукта, роли воды в технологических процессах, условий использования воды и ее физико-химических показателей, схемы водоснабжения и повторного использования воды. Для ориентировочных расчетов потребления воды на производственные нужды можно использовать укрупненные нормы. Для более рационального использования воды и предотвращения загрязнения водоемов промышленными стоками необходимо предусматривать разработку и внедрение (где это возможно) маловодных оборотных систем водоснабжения, обязательное использование дочищенных сточных вод для технического водоснабжения, замену водяного охлаждения машин и получаемого продукта воздушным или испарительным, жесткое нормирование отпуска воды промышленным предприятиям. Следует различать полные расходы воды на нужды производства и расходы «свежей» природной воды из водоисточника для восполнения потерь в оборотных или повторных циклах. В современной практике пожаротушение осуществляют подачей воды из пожарных гидрантов, размещаемых на наружной водораспределительной сети хозяйственно-питьевого (производственного) объединенного с противопожарным водопровода, а для внутреннего пожаротушения используют пожарные краны, устанавливаемые на сети внутреннего водопровода. Нормы расхода воды для тушения пожаров приведены в СНиП. В городах с населением более 1 млн. человек расход воды на пожаротушение и расчетное число одновременных пожаров устанавливают в каждом конкретном случае по согласованию с местными органами Госпожнадзора. Расход воды на наружное пожаротушение нужно принимать для каждого населенного пункта в отдельности в зависимости от числа жителей в нем. Для сельских населенных пунктов с числом жителей до 500 чел. допускается принимать расчетный расход воды на наружное пожаротушение 5 л/с при продолжительности пожара 3 ч независимо от характеристики застройки. Для групповых сельскохозяйственных водопроводов число одновременных пожаров следует принимать по соответствующим таблицам согласно общей численности жителей. При проектировании системы водоснабжения промышленного предприятия или сельскохозяйственного производственного комплекса расчетное число одновременных пожаров принимают в соответствии с площадью занимаемой территории: до 150 га – один пожар, более 150 га – два пожара. Расход воды на один пожар для наружного пожаротушения через гидранты на промышленных предприятиях определяют по СНиП в зависимости от характера производства и степени огнестойкости производственных зданий. Неприкосновенный запас воды, хранящийся в резервуаре чистой воды, должен быть восстановлен в следующие сроки: в населенных пунктах и на промышленных предприятиях, отнесенных по пожарной опасности к категориям А, Б, В – 24 ч; на промышленных предприятиях с производствами, отнесенными по пожарной опасности к категориям Г, Д, Е – 36 ч; в сельских населенных пунктах и на сельскохозяйственных предприятиях – 72 ч. На период восполнения противопожарного объема воды разрешается снижать подачу воды на хозяйственно-питьевые нужды системами водоснабжения I и II категории до 70 %, III категории – до 50 % расчетного расхода и подавать воду на производственные нужды по аварийному графику. 3.3 Определение расчетных расходов воды. Неравномерность водопотребления Основным измерителем количества воды, требуемой для водоснабжения объекта, принимается средний за год суточный расход. Например, расчетный средний суточный расход воды Q, м/сут, на хозяйственно-питьевые нужды города или поселка равен: , где q - удельное водопотребление, л/сут; N – расчетное число жителей, принимаемое в соответствии с проектом планирования населенного пункта. Число жителей к концу расчетного периода будет равно: , где N – современное число жителей; Е – естественный прирост населения за расчетный период; М – механический прирост населения за расчетный период (переселившиеся в данный населенный пункт). Полученный средний суточный расход воды изменяется по сезонам года и зависит от режима жизни населения, климатических условий, сезонности некоторых видов расхода воды. Расчетный расход воды в сутки наибольшего или наименьшего водопотребления равен: ; . Коэффициенты суточной неравномерности водопотребления К, учитывающие уклад жизни населения, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели, режим работы предприятий, надлежит принимать равным: =1,1-1,3 и =0,7-0,9. Большая неравномерность водопотребления соответствует малому числу жителей, небольшому развитию промышленности и значительным сезонным колебаниям температуры. Расчетные часовые расходы воды, м/ч, находят из выражений: ; . Коэффициент часовой неравномерности водопотребления К определяют из выражений: ; ; где - коэффициент, учитывающий степень благоустройства зданий, климатические и другие местные условия, принимаемый равным: , ; - коэффициент, учитывающий число жителей в населенном пункте и принимаемый по соответствующим таблицам для каждого района. Максимальный суточный расход воды в дни максимального водопотребления населенного пункта является тем расчетным расходом воды, на подачу которого должен быть рассчитан проектируемый водопровод. Для нахождения полного суточного расчетного количества воды на хозяйственно-питьевые нужды города или поселка к найденному расходу должно быть добавлено количество воды, необходимое для хозяйственно-питьевых нужд рабочих во время их пребывания на производстве (принимаемое по нормам и в соответствии с числом рабочих, числом рабочих смен и видом производства на предприятиях, расположенных в городе). Дополнительно должны быть учтены расходы коммунально-бытовыми учреждениями, а также расходы на поливку площадей, улиц и зеленых насаждений. В населенных пунктах сельского типа средний суточный расход определяют по формуле: ; где q – норма расхода воды на одного человека без учета расхода воды коммунально-бытовыми учреждениями; ; где - число различных животных, находящихся в личной собственности; - нормы расхода воды на одно животное различных видов (корова, свинья, овца и т.д.), м/сут; - расход воды в больнице и на животноводческой ферме, м/сут; - расход воды животноводческими и другими коммунально-бытовыми и промышленными потребителями, м/сут. 3.4 Режим работы систем водоснабжения и их отдельных элементов Размеры, объемы резервуаров и баков водонапорных башен, число и мощность насосов, диаметры водоводов и магистралей распределительной сети определяют путем расчета адекватно количеству подаваемой воды и режиму их работы. Основным фактором, определяющим режим работы всех элементов системы водоснабжения, является режим расходования воды потребителями, которых эта система обслуживает. Для ряда категорий потребителей решение этой задачи не представляет затруднений. Так, при проектировании водопроводов промышленных предприятий режим расхода воды на производственные нужды задается в соответствии с технологией предприятия, графиком водопотребления. Труднее установить режим водопотребления населенных пунктов, который определяется целым рядом факторов бытового характера, связанных с условиями жизни и деятельности людей. Поэтому единственно правильным способом решения этой задачи является изучение и анализ режима расходования воды на эксплуатируемых водопроводах, а также выявление и оценка основных факторов, влияющих на характер режима водопотребления населенного пункта. На основании этого при проектировании водопроводов задаются вероятным графиком водопотребления в течение расчетных суток наибольшего водопотребления. Анализ режима водопотребления в населенных пунктах различного типа в различных климатических условиях позволил составить для них характерные графики в виде ступенчатых диаграмм колебания расхода воды в течение суток (рисунок 5). В каждом из графиков отношение его максимальной ординаты к средней (4,17 %) дает определенную величину коэффициента часовой неравномерности К. Расходы воды в отдельные часы суток (в процентах суточного расхода) могут быть заданы и в табличной форме. Очевидно, что графики водопотребления различны для отдельных дней недели, праздничных и предпраздничных дней и в различные периоды года. Колебания расхода воды в течение суток на производственные нужды промышленности обусловлены особенностями технологического процесса и назначением воды и зависят от продолжительности работы предприятия в течение суток. График потребления воды из городского водопровода на технологические нужды промышленных предприятий зависит от режима забора ими воды из городской сети. Однако большинство предприятий имеет свои регулирующие емкости, поэтому забор воды для них из городского водопровода можно считать равномерным в течение суток. Следовательно, при расчете и проектировании городского водопровода должен быть составлен общий график водопотребления на хозяйственно-питьевые нужды населения и потребления воды из сети городского водопровода промышленными предприятиями, а также на благоустройство. При составлении суточных графиков распределения расхода воды по часам в сельских поселках следует учитывать, что на характер часовых колебаний расхода воды в поселках сильно влияет система организации сельскохозяйственного предприятия. Поэтому суточные графики расходов воды в поселках различны. Распределение расхода воды по часам зависит от времени года, дней отдыха, количества рабочих дней и т.д. Поэтому для определения максимального, среднего и минимального значения общего расхода воды в поселке строят годовой график суточных расходов (рисунок 6). а – в коммунальном секторе; б – полив зеленых насаждений и улиц; в – в производственном секторе; г – в животноводческом секторе Рисунок 5 – Графики суточного водопотребления 1 – производственное водоснабжение; 2 – водопой продуктивного скота; 3 – водопой рабочего скота; 4 – расход воды коммунальным сектором и постоянными рабочими Рисунок 6 – Годовой график суточных расходов воды в сельском поселке 3.5 Взаимосвязь в работе основных сооружений системы водоснабжения Определив схему водоснабжения (состав и взаимное расположение основных сооружений системы), вычислив расчетные суточные расходы воды и задавшись графиком (таблицей) режима водопотребления объекта в течение суток, необходимо установить режим работы отдельных сооружений водопровода, которые должны быть рассчитаны на работу в сутки максимального водопотребления. Вода подается в распределительную сеть насосами II подъема, график работы которых принимается в зависимости от графика водопотребления и по возможности к нему приближается или совпадает. Но в отдельные часы суток количество поданной воды не будет совпадать с количеством израсходованной, отсюда становится понятным необходимость регулирующей емкости (водонапорной башни). Так, в часы, когда подача воды насосами превышает ее потребление, избыток воды поступает в башню и, наоборот, когда потребление воды превышает ее подачу, недостающее количество воды восполняется из башни. При любом графике водопотребления центробежные насосы могут подавать воду в сеть, не имеющую аккумулирующих емкостей, но применение безбашенных систем экономично только при относительно небольших значениях коэффициента часовой неравномерности водопотребления. Приняв график водопотребления и назначив адекватно с ним график работы насосной станции II подъема, определяют режим работы остальных сооружений водопровода, непосредственно связанных с насосной станцией. Режим работы насосной станции II подъема связан с водозаборными и водоочистными сооружениями, размеры которых зависят от количества воды, проходящей через них в единицу времени, и находятся в обратной зависимости от числа часов работы насосной станции в сутки. Очевидно, что с целью уменьшения габаритов и стоимости водозаборных и водоочистных сооружений насосная станция I подъема должна работать непрерывно. Поэтому на средних и крупных водопроводах принята круглосуточная и равномерная работа насосов станции I подъема и связанных с ними сооружений. Резервуар чистой воды по своему положению разделяет сооружения системы водоснабжения на две группы, режим работы которых обуславливается, с одной стороны, работой НС-I, а с другой – работой НС-II. Из водоочистных сооружений вода поступает в резервуар согласно режиму работы НС-I, а забор воды из него диктуется режимом работы НС-II. Следовательно, РЧВ должен иметь некоторый регулирующий объем, который определяют при совмещении графиков подачи воды насосами I подъема и отбора воды насосами II подъема. Необходимый регулирующий объем можно поделить межу РЧВ и баком водонапорной башни. Путем приближения графика работы насосов II подъема к графику водопотребления можно получить меньший объем бака башни при одновременном увеличении объема РЧВ и наоборот. Если, учитывая рельеф местности, предусматривают башню, то необходимо большую часть регулирующего объема аккумулировать в РЧВ, т.к. обычно строительная стоимость единицы объема бака башни значительно выше стоимости единицы объема РЧВ. 3.6 Свободный и требуемый напоры воды Для полного понимания работы водопроводной системы необходимо уяснить связь между отдельными ее сооружениями в отношении напоров воды. Насосные станции должны подавать воду потребителю не только в требуемом количестве, но и под необходимым напором. Разбор воды большинством потребителей происходит на некоторой высоте над поверхностью земли, поэтому в водопроводной сети необходимо обеспечить давление, достаточное для подъема воды на эту высоту и соответствующего излива в наивысшей водоразборной точке с учетом преодоления сопротивлений по пути. Следовательно, пьезометрическая высота в точке ответвления от городской сети должна равняться сумме геометрической высоты подъема воды над этой точкой и суммарной потери напора по пути движения воды. Пьезометрическая высота, необходимая для нормальной работы водопровода, называется свободным хозяйственным напором , м, который равен: , где - геометрическая высота подъема воды от поверхности земли до наивысшей (диктующей) водоразборной точки; - свободный напор, который необходимо обеспечить у водоразборных приборов; h – потери напора в трубах, фасонных частях и арматуре на участке от точки присоединения к городской сети до водоразборной точки. Значения и h можно найти в результате гидравлического расчета внутреннего водопровода, а свободный напор, требуемый в данной точке сети наружного водопровода, называют требуемым напором . При проектировании городского водопровода свободный хозяйственный напор для отдельных районов принимают в зависимости от этажности застройки. СНиП рекомендует принимать свободный напор в сети водопровода населенных пунктов 10 м при одноэтажной застройке, при большей этажности следует прибавить по 4 м на каждый следующий этаж. На рисунке 7 показано положение пьезометрических линий для случая максимального разбора воды в населенном пункте. Неблагоприятно расположенными в отношении напора воды оказываются точки, наиболее удаленные от башни. Именно в них получаются самые низкие пьезометрические отметки вследствие уменьшения напора воды в сети из-за потерь на преодоление гидравлических сопротивлений на пути от источника питания до этих конечных точек. Вместе с тем, чем выше геодезическая отметка точки, тем меньше величина располагаемого свободного напора. 1 – резервуар чистой воды; 2 – насосная станция I подъема; 3 – напорный водовод; 4 – водонапорная башня; 5 – распределительная сеть; 6 – жилая застройка Рисунок 7 – Положение пьезометрических линий при максимальном водоразборе При расчете и проектировании водопровода для определения свободного напора, который необходимо создать в начале сети, находят некоторую критическую точку сети, наиболее неблагоприятную в отношение как ее геодезической отметки, так и удаленности от источника водопитания. На рисунке 7 такой критической точкой будет точка а, самая высокая из конечных точек сети. По схеме легко установить связь между напорами в отдельных характерных точках системы: , где и - геодезическая отметка и расчетная высота дна бака башни; - геодезическая отметка критической точки; - потери напора на участке от башни до критической точки. Расчетная высота башни, т.е. высота расположения дна бака башни над поверхностью земли, может быть определена так: Выражение показывает, что водонапорную башню необходимо располагать на высоких отметках. Если в результате расчета высота башни равна нулю, то вместо башни устанавливают резервуар, расположенный на поверхности земли. 4 Сооружения для забора подземных вод При выборе источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения прежде всего рассматривают подземные воды, залегающие в горных породах верхнего слоя земной коры. Вначале изучают возможности использования межпластовых напорных вод, затем межпластовых безнапорных, далее трещинно-карстовых и грунтовых вод. Тип и конструкция сооружения для приема подземных вод зависит, в основном, от глубины их залегания и мощности водоносного горизонта. Сооружения для приема подземных вод могут быть разделены на четыре вида: 1. Трубчатые колодцы; 2. Шахтные колодцы; 3. Горизонтальные водозаборы; 4. Комбинированные (лучевые водозаборы). 5. Каптажные камеры.   4.1 Трубчатые колодцы   Трубчатые колодцы служат дли приема безнапорных и напорных подземных вод, залегающих на глубине более 10 м. Это самый распространенный вид водоприемных сооружений для систем водоснабжения из подземных источников (см. рисунок 8). 1 – обсадная труба; 2 – труба меньшего диаметра; 3 – фильтр; 4 – замок; 5– сальник. Рисунок 8 - Схема устройства простейшего бурового колодца Трубчатые колодцы устраивают путем бурения в земле скважин, стенки которых крепят обсадными стальными трубами. По мере заглубления колодца диаметр обсадных труб уменьшают, в результате чего колодец приобретает телескопическую форму. Над верхом колодца делают кирпичную или бетонную камеру. В нижней части колодца устанавливают фильтр, состоящий из надфильтровой, водоприемной (фильтрующей) и отстойной частей. Трубчатые колодцы можно оборудовать фильтрами следующих типов: дырчатыми, щелевыми, сетчатыми, проволочными и гравийными. Рисунок 9 - Схемы забора воды из трубчатых колодцев Трубчатые колодцы могут использоваться для приема как безнапорных (рисунок 9 а, б), так и напорных (рисунок 9 в, г) подземных вод. В том, и в другом случае они могут быть доведены до подстилающего водоупорного пласта – «совершенные колодцы» (рисунок 9 а, в) или заканчиваться в толще водоносного пласта – «несовершенные колодцы» (рисунок 9 б, г). В зависимости от требуемого расхода и мощности водоносного горизонта устраивается один или несколько трубчатых колодцев, располагаемых перпендикулярно направлению потока подземных вод (см. рисунок 10). Рисунок 10 - Схема расположения трубчатых колодцев При неглубоком залегании динамического уровня 1 подземные воды отводят из трубчатых колодцев по самотечным или сифонным трубопроводам 2 в сборный колодец 3, из которого их откачивают насосами насосной станции 4. Применение сифонных трубопроводов позволяет уменьшать глубину заложения сборных трубопроводов. При глубоком залегании динамического уровня (более 20м от поверхности земли) каждый колодец оборудуют насосом. При расчете трубчатых колодцев, в большинстве случаев, заданным является требуемое количество забираемой воды. Иногда на основании расчета устанавливается максимально возможный расход (дебит) колодца. До проведения расчета в результате изысканий должны быть установлены глубина залегания и мощность водоносного пласта, его водопроницаемость, водоотдача, характеристика грунтов и другие особенности природных условий. При расчете определяют величину понижения уровня при заданном отборе воды и намечаемом числе скважин (и их размерах – диаметре, глубине), а также расстояниях между ними или возможный отбор воды при заданном (допустимом) понижении уровня и всех прочих параметрах. Расчет буровых трубчатых колодцев основывается на законах фильтрации. Существуют следующие основные расчетные схемы: - приток напорных вод к одиночному совершенному колодцу; - то же к несовершенному колодцу; - приток безнапорных вод к одиночному совершенному колодцу; - то же, к несовершенному колодцу. Рассмотрим первую, основную, расчетную схему: совершенный колодец в напорных водоносных пластах (см. рисунок 11). Рисунок 11 - Расчетная схема совершенного колодца в напорных водоносных пластах До начала откачки уровень воды в колодце находится на высоте . При откачке уровень воды в колодце понижается, и вода из водоносного пласта начинает притекать к колодцу. Напорная плоскость приобретает форму депрессионной воронки. Сечение этой воронки вертикальной плоскостью, проходящей через ось, дает линию абба. Когда количество отбираемой воды станет равным количеству воды, притекающей в колодец из грунта, движение приобретает установившейся характер и в колодце устанавливается некоторый «динамический» уровень на высоте . Величина называется понижением уровня в колодце. Понижение уровня на любом расстоянии от оси колодца: . Малые значения свидетельствуют о недостаточном использовании водоносного пласта. Большие значения вызывают увеличение высоты подъема воды и, следовательно, удорожание эксплуатации установки. Кроме того, большое значение , при котором становится меньше мощности водоносного пласта , ведет к уменьшению рабочей длины фильтра. В пластах с малой мощностью, может оказаться, что, при заданном , динамический уровень вообще не установится, т.е. величина при откачке будет стремиться к величине . В таком случае заданное количество воды одним колодцем вообще не может быть получено. Гидравлический расчет трубчатого колодца заключается в установлении соотношений между расходом (дебитом) , понижением уровня и радиусом колодца при известных значениях коэффициента фильтрации , мощности и других параметров водоносного пласта. В условиях установившегося движения воды дебит совершенного колодца в напорном водоносном пласте определяется по формуле Дюпуи: . При выводе данной формулы принято допущение, что область питания колодца в пласте ограничивается некоторым цилиндром с радиусом , величина которого носит название «радиуса влияния», или «радиуса действия» колодца. Предполагается, что на расстоянии от колодца понижение уровня равно нулю, т.е. что здесь кривая депрессии как бы сопрягается с первоначальным, незатронутым откачкой положением напорной плоскости. По данной формуле может быть определен дебит при заданном понижении уровня воды в точке с координатой , т.е. на расстоянии от оси колодца. Решая эту формулу относительно , можно определить понижение уровня при заданном дебите : . При получим максимальную величину понижения уровня в самом колодце: . Величины и определяются по данным гидрогеологических изысканий, которые проводятся для обоснования проекта водосборных сооружений. Наиболее сложно определение радиуса влияния . Его ориентировочные значения приведены в таблице 5, которой пользуются для предварительных расчетов и при откачке из одиночных скважин. Таблица 5 - Определение значений радиуса влияния Порода Преобл. крупн. частиц, мм. Радиус влияния , м. Песок: мелкий средней крупности крупный гравелистый 0,1 – 0,25 50- 100 0,25 – 0,5 100 -300 0,5 - 1 300 - 400 1 - 2 400 - 500 Гравий: мелкий средний крупный 2 - 3 400 - 600 3 - 5 600 - 1500 5 - 10 1500 - 3000 Величина радиуса влияния зависит не только от фильтрационных свойств и мощности водоносного пласта, но в значительной степени и от условий питания пласта. При недостаточном питании величина постепенно увеличивается. В этом случае можно вообще не получить стабильного дебита при заданном , или постоянной величины при заданном - они будут изменяться во времени. Движение подземных вод к колодцу при этом является неустановившимся. Для гидравлического расчета скважины можно принять: , где - время откачки (приблизительно 27 лет); - коэффициент пьезопроводности, характеризующий скорость перераспределения напора подземных вод при неустановившемся движении; определяется по данным опытных откачек и эксплуатации колодца. 4. 2 Шахтные колодцы   Шахтные колодцы служат для приема подземных вод, залегающих на глубине не более 30м. Их выполняют из бетона, кирпича, бутового камня и дерева. Чаще всего шахтные колодцы строят опускным способом, поэтому они имеют обычно круглую форму в плане (см. рисунок 12). 1 – фильтр; 2 – отмостка; 3 – глиняный замок; 4 – нож-упор. Рисунок 12 - Схема шахтного колодца Для приема воды дно шахтных колодцев устраивают в виде, так называемых, обратных фильтров путем послойной засыпки зернистых материалов с постепенным увеличением крупности зерен снизу вверх. В боковых стенках колодцев создают водоприемные отверстия. Для повышения дебета шахтных колодцев увеличивают площадь донного фильтра путем расширения основания. Для получения значительных расходов воды устраивают несколько шахтных колодцев, которые располагают перпендикулярно направлению потоков грунтовых вод. Воду из каждого колодца отводят в сборный колодец, из которого ее перекачивают насосами на очистные сооружения или к потребителям. Расчет шахтных колодцев заключается в определении их диаметра и числа по заданному расходу и в проверке дебита колодца при намеченном диаметре и допустимой (или желательной) глубине понижения уровня воды. Приток воды к такому колодцу при условии, что расстояние от дна колодца до подстилающего водоупора Т больше или равно внутреннему радиусу колодца , может быть определен по приближенной формуле: , где - коэффициент фильтрации; - понижение уровня; - мощность водоносного пласта; - радиус влияния.   4.3 Горизонтальные водосборы   Горизонтальные водосборы устраивают для приема грунтовых вод, залегающих на небольшой глубине (до 8м), при малой мощности водоносного пласта. Они представляют собой дренажи разных типов или водосборные галереи, укладываемые в пределах водоносного пласта, обычно на подстилающем водоупоре. Водосборное устройство часто располагают по линии, перпендикулярной направлению движения грунтового потока (см. рисунок 13). Их выполняют из железобетонных, бетонных или керамических труб с круглыми или щелевыми отверстиями. Для очистки и осмотра горизонтальных водозаборов через каждые 50…150м по их длине устраивают смотровые колодцы. 1 –дрены (трубы); 2 – сборный колодец; 3 – водоносный пласт; 4 – водоупор. Рисунок 13 - Принципиальная схема горизонтального водосбора Все конструкции горизонтальных водосборов можно разделить на три группы: - траншейные водосборы с засыпкой камнем или щебнем (рисунок 14); - трубчатые водосборы (рисунок 15.); - водосборные галереи (рисунок 16). 1 – местный грунт; 2 – экран из водонепроницаемого грунта; 3 – крупный песок; 4 – гравий; 5 – выкладка из камня или щебня. Рисунок 14 - Траншейный водосбор Траншейные водосборы являются наименее совершенным типом горизонтальных водосборов и применяются при заборе небольших количеств воды для мелких потребителей и временного водоснабжения, а также при глубине залегания подземных вод на 2 – 3 метра от поверхности воды. Это довольно трудоемкий и экономически не всегда целесообразный способ водозабора. Рисунок 15 - Трубчатый водосбор Трубчатые водосборы представляют собой керамические, бетонные или железобетонные трубы круглого или овалоидального сечения с фильтрующей гравийно-песчаной обсыпкой вокруг их. В трубе выполнены отверстия по ее длине, расположенные в шахматном порядке. Применяют при глубине залегания подземных вод до 4 -5 метров. Рисунок 16 - Железобетонная галерея Водозаборные галереи строят при глубинах залегания подземных вод до 6 -8 метров от поверхности при любых геологических и гидрогеологических условиях, для крупных водопотребителей в ответственных системах водоснабжения. Количество воды, поступающей из безнапорного водоносного пласта в совершенный горизонтальный водосбор, может быть определено по уравнению Дюпуи, принимающему для одностороннего притока воды к водосборной галерее следующий вид: , где - длина водосбора; - коэффициент фильтрации; - мощность водоносного пласта; - высота стояния воды в водосборе; - зона влияния водосбора.   4.4 Каптажные камеры   При строительстве сооружений для приема родниковой (ключевой) воды необходимо обеспечить возможно более полный захват родника, расчистить места выхода воды и создать искусственный водоем, из которого вода может подаваться потребителю. Сооружения для приема родниковых вод получили название каптажных сооружений, а процесс сбора родниковой воды называют каптажем родников. Для захвата вод восходящих ключей устраивают каптажные камеры по типу шахтных колодцев, располагая их над местами выходов воды, а для захвата вод нисходящих ключей выполняют камеры с приемом воды через боковые стенки. Для увеличения площади приема воды каптаж осуществляют в виде горизонтальных водозаборов. 5 Сооружения для забора поверхностных вод 5.1. Классификация поверхностных водозаборов   Водозаборные сооружения (ВЗС) следует различать по типу водоема: речные, озерные и морские. 1. ВЗС классифицируют по требуемой категории надежности подачи воды. В соответствии с СНиП все ВЗС подразделяются на 3 категории: I, II, III. При этом категория ВЗС должна совпадать с категорией системы водоснабжения, в которой функционирует ВЗС. I категория – ВЗС, обеспечивающие бесперебойный отбор расчетного расхода воды. К ним относятся все типы береговых незатопляемых сооружений, водоприемные окна которых всегда доступны для обслуживания, а очистка их сороудерживающих решеток механизирована. II категория - ВЗС, обеспечивающие отбор расчетного расхода воды с возможностью перерывов подачи воды до 5 часов или снижения ее подачи до 1 месяца. К ним относятся все типы русловых затопленных водоприемников, расположенных в водоеме в удалении от берега и практически недоступных в период половодья, ледохода и т.п. III категория - ВЗС, отбор воды через которые может прекращаться до 3 суток. К ним следует относить плавучие и подвижные водоприемники. 2. ВЗС классифицируют по производительности на: - малой производительности, до 1 м3/с; - средней производительности, от 1 до 6 м3/с; - большой производительности, более 6 м3/с. 3. ВЗС классифицируют по месту расположения водоприемника: - береговые; - русловые; - приплотинные и другие. 4. По степени стационарности: стационарные и нестационарные (передвижные, плавучие). 5. По назначению: хозяйственно-питьевые и технологические.   5.2 Требования к ВЗС для приема поверхностных вод  Сооружения должны обеспечивать бесперебойное снабжение потребителя водой возможно лучшего качества. Решение этой задачи достигается правильным выбором их места расположения (в плане и по глубине), типа и конструкции. Место расположения сооружения в плане следует выбирать как можно ближе к потребителю, на устойчивом участке водоема, в районе наименьшего загрязнения водоема (на реках выше населенных пунктов, промышленных предприятий и мест сбора сточных вод), вне участков ледяных заторов и интенсивного движения донных наносов. Глубинное положение места забора воды на реке следует определять из условия, чтобы расстояние от низа льда (в зимний период) до верха «приемных окон» водозабора было не менее 0,2…0,3м, а «порог» между дном реки и низом «приемных окон» (необходимый для исключения попадания в водозаборные сооружения донных наносов) составлял не менее 0,7…1м. Условия работы водозаборных сооружений на водохранилищах, озерах и морях резко отличается от условий работы сооружений на реках. Существенные осложнения создают здесь возникающие на больших акваториях волнения и течения. Течения переносят наносы, лед, планктон, водоросли и могут вызвать размыв и перемещение берегов. Поэтому, места забора воды следует выносить за пределы зон течения воды. Волнение обуславливает необходимость заглубления места забора воды. Так, расстояние между верхом «приемных окон» и уровнем воды должно быть не меньше половины высоты волны. При этом «порог» между дном и низом «приемных окон» должен составлять 2…7м. 5.3 Речные водозаборные сооружения а) Водозаборные сооружения берегового типа  При наличии вблизи берега глубин, обеспечивающих требуемые условия забора воды, и при достаточно крутом береге применяются водозаборы берегового типа. Их располагают на склоне берега с приемом воды непосредственно из русла реки. При этом насосы I подъема могут быть расположены в отдельном здании насосной станции или в самом водозаборе. Поэтому, различают два вида водозаборов берегового типа – раздельный и совмещенный.   б) Раздельный водозабор берегового типа   Раздельный водозабор берегового типа представлен на рисунке 17. Раздельный водозабор берегового типа представляет собой колодец 1 (обычно железобетонный), передняя стенка которого выходит в русло реки. Вода поступает в водозабор через входные окна 2, снабженные решетками для предотвращения попадания внутрь водозабора крупного мусора и посторонних предметов. Далее вода проходит через сетки 4, установленные в перегородке 5, разделяющей водозаборный колодец на два отделения: А – приемное и В – всасывающее. На сетках задерживается значительная часть загрязнений . Вода, прошедшая через сетки сквозь всасывающие трубы 3, забирается насосами 7. Над водозаборным колодцем надстраивается служебное помещение 6. Устройство насосной станции в отдельно стоящем здании 8 может быть обусловлено характером рельефа берега и степенью его затопления паводковыми водами. Для лучшего всасывания желательно располагать насосную станцию 8 как можно ближе к водозаборному колодцу. Рисунок 17 - Раздельный водозабор берегового типа Отметка оси насосов определяется отметкой наинизшего уровня воды в реке и допустимой высотой всасывания насосов с учетом потерь напора во всасывающих трубопроводах. Всасывающие трубопроводы в некоторых случаях располагают в специальных галереях 9 для защиты от повреждений и облегчения их осмотра. Водозаборный колодец обычно разделяется продольными перегородками на несколько параллельных секций. Количество секций определяется числом насосов, секции независимы друг от друга, что позволяет обеспечить бесперебойную работу в случае очистки или ремонта водозаборного устройства.   в) Береговые водозаборы совмещенного типа  При благоприятных условиях экономически целесообразно устройство совмещенных водозаборов (рисунок 18). Существуют и другие схемы совмещенных водозаборов. Представленная схема получила широкое распространение в инженерной практике. Насосы при таком исполнении находятся под заливом даже при самых низких уровнях воды в реке. Водозаборы берегового типа могут иметь в плане круглую, элипсоидальную или прямоугольную форму, выбираемую в зависимости от места расположения водозабора, условий обтекания его водами реки и от используемого оборудования насосной станции. Размеры водозабора, его основных элементов и оборудования (сеток, решеток, труб и др.) определяют частично путем гидравлического расчета и частично по соображениям конструктивного и эксплуатационного характера. Кроме того, водозабор проверяется на действии сил давления воды, льда и грунта (на всплытие, на опрокидывание, на сдвиг), а также на прочность при действии заданных нагрузок. 1 – береговой колодец; 2 – водоприемные окна; 3 – сороудерживающие решетки; 4 – затворы (шиберы) для закрытия окон; 5 – плоские сетки; 6 – мостик для обслуживания решеток; 7 – колонка управления затворами; 8 – насосная станция; 9 – насос; 10 – напорный трубопровод Рисунок 18 - Береговой водозабор совмещенного типа   г) Речные водозаборы руслового типа  Водозаборы руслового типа чаще всего применяют при относительно пологом береге, когда требуемые для забора воды глубины в реке находятся на значительном расстоянии от берега. Кроме того, при пологом береге сезонные колебания уровня воды в реке вызывают затопление берега. А насосная станция должна быть расположена вне зоны затопления, поэтому длина труб от места приема воды до насосной станции получается весьма большой. Вода из реки в береговой колодец руслового водозабора поступает, как правило, по самотечным трубопроводам. Схема речного руслового водозабора раздельного типа представлена на рисунке 19. Приемные оголовки подразделяются на три вида: постоянно затопленные, затопляемые высокими водами, незатопляемые. Затопленные оголовки имеют в практике наиболее широкое распространение, т.к. значительно дешевле незатопляемых оголовков. Затопленные оголовки не подвергаются воздействию ледовых нагрузок. Оголовки бывают деревянными, бетонными или железобетонными. В последнее время применяются бетонные или железобетонные оголовки. Для обеспечения бесперебойной подачи воды все основные элементы водозаборных сооружений, как правило, дублируются. Поэтому, число самотечных линий, соединяющих оголовок с береговым колодцем (как и число их секций) должно быть не менее двух.   1 – водоприемные окна с решетками; 2 – оголовок; 3 – самотечные трубопроводы; 4 – береговой колодец; 5 – плоские съемные сетки; 6 – поперечная перегородка; 7 – колонка управления задвижками; 8 – всасывающие трубопроводы; 9 – насосная станция; 10 – напорные трубопроводы; 11 – камера переключения; 12 – задвижки; 13 – обратные клапаны; 14 – горизонтальные центробежные насосы Рисунок 19 - Русловой водозабор раздельного типа Диаметр труб самотечных линий определяются в зависимости от заданного расхода и принятого значения расчетной скорости. Строительные нормы рекомендуют принимать для самотечных линий водозаборов руслового типа расчетную скорость движения воды в пределах от 0,7 до 1,5 м/с. большие значения следует принимать для больших расходов при большем содержании взвеси и при относительно малой длине линий. Но полностью предотвратить осаждение взвеси в самотечных трубопроводах не удается, поэтому их подвергают периодической очистке (промывка обратным током воды). Береговые колодцы, как и обычные водозаборы берегового типа, устраиваются раздельными или совмещаются с насосными станциями (последнее чаще). 6 Магистральные и распределительные трубопроводы 6.1 Схемы трассировки водопроводных сетей Для транспортирования воды от источников к объектам водоснабжения служат магистральные трубопроводы (водоводы). Их выполняют из двух или более ниток трубопроводов, укладываемых параллельно друг другу. Для подачи воды непосредственно к местам ее потреб­ления (жилым зданиям, цехам промышленных предприятий) служит распределительная водопроводная сеть. При трассировании линий водо­проводной сети необходимо учитывать планировку объекта водоснабжения, размещение отдельных потребителей воды, рельеф местности и т. д. По конфигурации в плане различают водопроводные сети разветвленнные, или тупиковые (рисунок 21а), и кольцевые, или замкнутые (рисунок 20б). Разветвленные водопроводные сети выполняют для небольших объектов водоснабжения, допускающих перерывы в снабжении водой. Эти сети целесо­образны при сосредоточенном потреблении воды в отдален­ных друг от друга точках сети. Кольцевые водопроводные сети выполняют при необходимости бесперебойного водоснабже­ния, что гарантируется в данном случае возможностью двусто­роннего питания водой любого потребителя. Протяженность и стоимость кольцевых сетей больше, чем разветвленных. В хозяйственно-питьевых и производственных водопрово­дах, как правило, применяют кольцевые сети благодаря их спо­собности обеспечивать бесперебойную подачу воды. В противо­пожарных водопроводах устройство кольцевой сети обяза­тельно. В водопроводной распределительной сети различают магистральные (главные) и распределительные (второстепенные) линии. Расчет прово­дят только для магистральных линий. а — разветвленной; б — кольцевой; НС — насосная станция; ВБ — водо­напорная башня Рисунок 21 - Схемы водопроводных сетей При выборе трассы водоводов необходимо учитывать: 1. Водоводы по возможности следует прокладывать по наиболее возвышенным точкам территории. При соблюдении этих условий наличие достаточных свободных напоров в магистральной сети гарантирует создание достаточных напоров и в распределительной сети, располагаемой на более низких отметках рельефа. 2. Трассировку производить по кратчайшему расстоянию от водопитателя до сети. 3. Прокладку водоводов производить по территории с минимальным числом промышленных предприятий и вблизи автодорог для удобства его обслуживания. 4. Предусматривать возможность организации зоны санитарной охраны водовода, прокладку водовода в геологических условиях, обеспечивающих минимальные затраты на строительство в обход пониженных участков местности. Разработку схемы распределительной сети населенных пунктов начинают с определения места расположения регулирующей емкости. Затем наносят на план основные линии сети с таким расчетом, чтобы они снабжали водой все жилые районы и промпредприятия. Из числа линий, расположенных в направлении движения основной массы воды и подающих воду к регулирующим емкостям, назначают магистрали. Они должны быть равномерно распределены по территории населенного пункта, охватывая все наиболее крупные водопотребители. Для надежности водоснабжения по основному направлению прокладывают не менее двух параллельных магистральных линий на расстоянии 400-800 м. К регулирующим емкостям должна быть предусмотрена подача воды не менее чем по двум линиям.4 6.2 Трубы и арматура, применяемые для устройства водопровода Для устройства наружного водопровода применяют трубы чугунные, стальные, асбестовые, железобетонные, пластмассо­вые и др. Чугунные раструбные трубы и фасонные части к ним изготовляют согласно ГОСТ 9583—75 трех классов - Л А, А и Б. Эти трубы отличаются друг от друга толщиной стенок и, следо­вательно, выдерживают различное давление. Стыки раструбных соединений заделывают (конопатят) смоленнной или битумизированной прядью и чеканят асбесто-цементной смесью (30 % асбеста и 70 % цемента не ниже марки 400 по массе) с добавлением 10—12% воды по массе смеси. Стыки с асбестоцементной заделкой эластичны, хорошо сопротивляются вибрационным нагрузкам и надежны в эксплуатации. Можно заделывать стыки и резиновыми уплот­нителями. Разработаны соединения чугунных труб на резино­вых кольцах без чеканки. Чугунные трубы с противокоррозионным покрытием, вы­полняемым на заводах, долговечны и наиболее широко приме­няются при устройстве водопроводов. Недостатком чугунных труб является плохое сопротивление динамическим нагрузкам и сравнительно большой расход металла. В необходимых случаях для устройства наружных водо­проводов применяют стальные трубы следующих сорта­ментов: электросварные прямошовные (ГОСТ 10704—91, ГОСТ 10706—76 и ГОСТ 10705—80) и со спиральным швом (ГОСТ 8696— 74); водогазопроводные по ГОСТ 3262—75 и др. Соединения стальных труб осуществляют на сварке. Фа­сонные части к ним изготовляют из вырезаемых по шаблонам и свариваемых между собой отрезками труб. С целью предохранения стальных труб от коррозии с на­ружной стороны их покрывают битумной или битумно-резиновой изоляцией, а также используют метод катодной защиты. Для транспортирования вод, сильно агрессивных по отношению к металлу, стальные трубы без устройства внутренней изоляции применять не следует. Асбестоцементные водопроводные трубы (ГОСТ 539-80) изготовляют заводским способом на рабочее давле­ние 0,6; 0,9; 1,2; 1,5 МПа (соответственно марки BT6f BT9, ВТ12, ВТ15) диаметром до 500 мм. Асбестоцементные трубы прочны, стойки по отношению к коррозии, отличаются малой теплопроводностью, имеют небольшую массу и гладкие стенки. Недостаток асбестоцементных труб заключается в их малой сопротивляемости ударам и динамическим нагрузкам. Соединения асбестоцементных труб осуществляют асбесто-цементными или металлическими муфтами с резиновыми коль­цами. Наиболее совершенное соединение асбестоцементных труб получается при применении самоуплотняющихся асбестоце­ментных муфт (САМ) и резиновых колец фигурного сечения. Для устройства водопроводов применяют и железобе­тонные трубы диаметром 500—1600 мм. Такие трубы изготовляют, как правило, с предварительно напряженной арматурой. В системах водоснабжения целесообразно применять и пластмассовые трубы. Однако они должны обеспечивать хранение качества воды в соответствии с ГОСТ 51233—98 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством". Для внутренних и внешних сетей водоснабжения приме­няют пластмассовые напорные трубы из полиэтилена низкой плотности (ПНП) и полиэтилена высокой плотности (ПВП) по ГОСТ 18599-83 диаметром 10—1200 мм. Возможно также применение напорных труб из непластифи-цированного поливинилхлорида (ПВХ), выпускаемых по ТУ 6-19-231—83 диаметром 10—315 мм, и напорных полипропилено­вых труб, выпускаемых по ТУ 38-102-100—76 диаметром 32— 200 мм. Пластмассовые трубы обладают рядом преимуществ. Они не подвергаются электрохимической коррозии. На внутренней поверхности этих труб практически не образуется отложений. Они легче металлических и других труб. Мала вероятность раз­рушения пластмассовых труб при замерзании в них воды. В них на 30 % меньше потери напора, чем в металлических трубах. При выборе материала труб для устройства наружного водопровода необходимо всесторонне учитывать условия проек­тирования, в частности свойства транспортируемой воды, агрес­сивность подземных вод, геологические, гидрогеологические и климатические данные, требуемую механическую прочность и долговечность труб, экономические и санитарные соображения и др. Для нормальной эксплуатации водопроводной сети на ней устанавливают следующую арматуру: запорно-регулирующую (задвижки и вентили), водоразборную (водоразборные колон­ки, краны, пожарные гидранты) и предохранительную (предо­хранительные клапаны и воздушные вантузы). Задвижки служат для регулирования распределения расходов воды по сети и отключения участков сети для осмотра и ремонта. Применяемые на практике задвижки подразделяют на параллельные и клиновые. Оба типа могут быть с выдвижным и невыдвижным шпинделем. Запорное устройство задвижки состоит из двух дисков / и односторонне скошенных клиньев 5 между ними. Вращением маховика 3, связанного со шпинделем 4, диски можно поднимать (открывать задвижку) и опускать (закрывать задвижку). При опускании дисков клинья раздви­гаются и прижимают диски к гнездам 2, обеспечивая плотное закрытие задвижки. В клиновой задвижке с выдвижным шпинделем запорное устройство состоит из одного круглого диска. Плотность за­крытия задвижки обеспечивается клинообразной формой диска, вводимого в гнездо между наклонными уплотняющими коль­цами корпуса. Для облегчения открытия задвижек больших диаметров их снабжают обводными трубами. Открытие задвижки на об­водной линии выравнивает давление по обеим сторонам диска и облегчает открытие основной задвижки. Задвижки большого диаметра оборудуют электрическим или гидравлическим приводом. Это обеспечивает возможность дистанционного и автоматического управления задвижками. В местах расположения задвижек на сети обычно устраи­вают смотровые колодцы. Иногда задвижки устанавливают без устройства колодца. Водоснабжение поселков и зданий, не оборудованных внутренним водопроводом, осуществляется через водораз­борные колонки. Давление в сети для нормального действия колонки должно быть не ме­нее 0,1 МПа. Для забора воды из сети с целью пожаротушения применяют г идранты Гидранты бывают подземные и на­земные. При пользовании гидрантом на него навинчивают стен­дер, показанный на рис. П.34. При вращении рукоятки стенде­ра опускается стержень гидранта и открывается связанный с ним шаровой клапан. Вода забирается через пожарные рукава, при­соединяемые к штуцерам стендера. Гидранты устанавливают в смотровых колодцах на фасон­ных частях (пожарных подставках). Расстояние между гидран­тами на сети должно быть не более 150 м. Скопление воздуха в водопроводной сети нарушает ее ра­боту. Для выпуска воздуха в возвышенных точках сети уста­навливают в а н т у з ы. В пониженных местах сети устраивают выпуски, представ­ляющие собой патрубки, примыкающие к нижней части труб. На выпусках устанавливают задвижки. Выпуски служат для опорожнения труб и отвода воды при промывке. На водопроводной сети устанавливают также предохра­нительные клапаны, исключающие повышение давле­ния сверх допустимого, обратные клапаны, допускаю­щие движение воды только в одном направлении, и р е д у к-ционные клапаны, служащие для понижения давления на отдельных участках сети. 6.3 Устройство и испытания водопроводной сети Важной составной частью проекта водопроводной сети является ее деталировка, представляющая собой схему сети, на которой условными обозначениями нанесены арматура и фасонные части. При составлении деталировки сети в первую очередь намечают места установки задвижек и гидрантов. За­движки размещают таким образом, чтобы можно было выклю­чать из работы отдельные участки сети без нарушения водоснаб­жения объектов, требующих бесперебойной подачи воды. В местах установки арматуры и фасонных частей с фланце­выми соединениями устраивают смотровые колодцы. Размер их в плане определяется размерами арматуры и фасонных частей. Колодцы в плане могут выполняться круглыми и пря­моугольными. Колодец состоит из основания, рабочей камеры и горловины, которая заканчивается чугунным люком с крыш­кой. Стенки камеры и горловина колодца могут выполняться из кирпича или сборного железобетона. При наличии под­земных вод водонепроницаемость колодцев обеспечивается изо­ляцией днища и стенок. Особое внимание должно уделяться заделке мест прохода труб через стенки колодцев. Под действием внутренних сил давления в трубопроводах возникают растягивающие усилия. На участках, прилегающих к поворотам линий, на ответвлениях и тупиковых участках эти усилия могут вызывать нарушение раструбных соединений (выход гладких концов труб из раструбов). Для исключения смещения и повреждения трубопроводов в смотровых колодцах или в грунте устанавливают упоры в направлении действия рас­тягивающих усилий. Конструктивно упоры выполняют в виде бетонных, кирпичных или бутовых массивов. Глубина заложения водопроводных труб зависит от глубины промерзания грунта, температуры воды в трубах и режима ее подачи, от характера грунта и наличия раститель­ного покрова, от наличия подземных вод, толщины снежного покрова и условий нагревания поверхности земли солнцем. Глубина заложения водопроводных труб должна быть та­кой, чтобы исключалось замерзание в них воды. Для водоводов и магистральных трубопроводов со строго определенным ре­жимом работы глубину заложения устанавливают на основа­нии теплотехнических расчетов. Глубина заложения труб, считая до их нижней образую­щей, должна быть на 0,5 м больше расчетной глубины промер­зания грунта. Ориентировочно глубину заложения труб можно принимать равной: в северных районах — 3—3,5 м; в средней полосе — 2,5—3 м; в южных районах — 1—1,5 м. Минимальную глубину заложения труб определяют из ус­ловия защиты их от воздействия внешних нагрузок и предо­хранения воды от нагревания в летнее время. Ориентировочно ее можно принять равной 1 м. Водопроводные линии прокладывают соответственно рель­ефу местности с постоянной глубиной заложения. Трубам дол­жен придаваться уклон, обеспечивающий опорожнение сети и выпуск воздуха из нее. Для этого в пониженных местах сети устраивают выпуски, а в возвышенных — вантузы. Водопроводные линии следует прокладывать с учетом расположения других подземных сооружений. В городах и на промышленных предприятиях, имеющих большое количество подземных коммуникаций различного назначения, целесооб­разно прокладывать их в проходных или полупроходных кол­лекторах. Под железнодорожными путями водопроводные линии обычно прокладывают в проходных каналах или в металличес­ких футлярах — кожухах. Пересечение водопроводных линий с реками целесообразно выполнять путем прокладки труб под дном реки — так назы­ваемым дюкером. Приемка водопроводных линий в эксплуатацию должна сопровождаться: 1) проверкой соответствия выполненных работ проекту; 2) наружным осмотром трубопроводов и всех доступных элементов сооружений; 3) гидравлическим испы­танием или проверкой актов на эти испытания; 4) промывкой и дезинфекцией или проверкой актов на эти работы и др. Очень важно проверить соответствие уклонов уложенных трубопроводов проектным. С этой целью производят инстру­ментально-контрольную проверку их профиля. Одновременно проверяют обеспеченность свободного удаления из трубопрово­дов воздуха и воды при их опорожнении. Для проверки прочности трубопроводов и плотности их стыков проводят гидравлическое испытание. Напорные трубо­проводы следует испытывать в два этапа: первый — предварительное испытание на прочность и гер­метичность, выполняемое после засыпки пазух с подбивкой грунта на половину вертикального диаметра и присыпкой труб с оставленными открытыми для осмотра стыковыми соедине­ниями; второй - приемочное (окончательное) испытание на проч­ность и герметичность, выполняемое после полной засыпки трубопровода. Оба этапа испытания должны выполняться до установки гидрантов, вантузов, предохранительных клапанов, вместо ко­торых следует устанавливать фланцевые заглушки. Значение внутреннего испытательного давления и порядок проведения гидравлического испытания напорных трубопро­водов на прочность и герметичность установлены СНиП 3.05.04— 85. Напорный трубопровод признается выдержавшим предва­рительное и промежуточное испытания на герметичность, если расход подкаченной (утечки) воды не превышает допустимых значений. После испытания перед пуском в эксплуатацию водопро­водные линии должны быть подвергнуты промывке водой с большой скоростью (не менее 1 м/с). Линии хозяйственно-питьевых водопроводов, кроме того, подвергают дезинфекции раствором, содержащим 40 мг активного хлора на 1 л воды. Хлорная вода должна находиться в трубопроводе 1 сут. 7 РЕГУЛИРУЮЩИЕ И ЗАПАСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ К регулирующим и запасным сооружениям в системах водо­снабжения относят водонапорные башни, наземные и подземные резервуары, пневматические напорно-регулирующие установки с воздушно-водяными котлами. Регулирующие и запасные сооружения разделяют: по назначению на регулирующие (содержат аккумулирующий запас на регулирование), запасные (содержат запас воды на пожар, аварию и другие нужды), запасно-регулирующие (содержат и те и другие объемы); по создаваемому напору на напорные и безнапорные. В напорных сооружениях емкость располагают на высоте, необходимой для создания в водопроводной сети требуемого напора. К напорным сооружениям относят: водонапорные баш­ни, водонапорные резервуары (подземные и наземные), пневма­тические котлы (воздушно-водяной котел содержит объем воды, над которым находится сжатый воздух). Безнапорные сооружения, как правило, это подземные и на­земные резервуары при насосных станциях, вода из которых за­бирается насосами. Запасные сооружения — это в основном резервуары, так как использовать водонапорные башни для хранения запасов воды невыгодно. ВОДОНАПОРНЫЕ БАШНИ В системе водоснабжения водонапорная башня выполняет роль напорно-регулирующего сооружения [1, 5, 10]. Основные конструктивные элементы ее — бак (резервуар) и ствол (поддерживающая конструкция). Для предохранения от атмос­ферных осадков и воздействия температурных изменений, ко­торые могут привести к про­мерзанию или перегреванию воды, бак башни может быть заключен в шатер. Такие баш­ни называют шатровыми. При достаточном обмене воды в ба­ке и использовании подземных вод, температура которых обычно постоянна и составля­ет 6...8 °С, устройство шатра вокруг бака не требуется. Та­кие башни называют бесшат-ровыми. Баки в башнях могут быть металлические и железо­бетонные. В бесшатровых башнях при изготовлении стальных баков применяют теплоизоляционный материал. В зависимости от материа­ла ствола башни различают кирпичные, железобетонные, стальные и т. д. Внутри ствола размещают необходимое обо­рудование— трубы, арматуру, приборы (рис. 1.15). Расчетные элементы водонапорной башни: высота (расстоя­ние от поверхности земли до дна бака) и объем бака. Рисунок - Водонапорная башня: 8 Инженерные системы водоотведения 8.1 Экономическое и экологическое значение систем водоотведения Сточные воды образуются при использовании природной или водопроводной воды для бытовых целей и технологических процессов промышленных предприятий. К сточным водам относятся также атмосферные осадки – дождевые и талые воды, выпадающие на территориях городов, населенных мест и промышленных предприятий. Сточными водами также являются подземные воды, извлекаемые из шахт при добыче полезных ископаемых. Такие воды являются источником различных заболеваний и распространения эпидемий. Системы водоотведения устраняют негативные последствия воздействия сточных вод на окружающую природную среду. После очистки сточные воды обычно сбрасываются в водоемы. Наиболее совершенными системами являются замкнутые системы водоотведения, обеспечивающие очистку сточной воды до качества, при котором возможно повторное использование воды в промышленности или сельском хозяйстве. Системы водоотведения тесно связаны с системами водоснабжения. Без водоотведения невозможно строить здания высотой более 2-3 этажей. Потребление и отвод воды от каждого санитарного прибора, квартиры и здания без ограничения обеспечивают высокие санитарно-эпидемиологические и комфортные условия жизни людей. Только современные сплавные системы водоотведения позволили людям оборудовать свои квартиры не только раковинами для мойки посуды и умывальниками, но и ваннами с использованием горячей воды. Кроме этого, постоянный рост и развитие промышленности привел к возрастанию объемов производственных сточных вод и степени их загрязненности. Правильно запроектированные и построенные системы отведения стоков при нормальной эксплуатации позволяют своевременно отводить огромные количества сточных вод, не допуская аварийных ситуаций со сбросом стока в водоемы. Это, в свою очередь, позволяет значительно снизить затраты на охрану окружающей среды и избежать ее катастрофического загрязнения. 8.2 Сточные воды, их состав и классификация Сточные воды от населенных мест и промышленных предприятий могут быть классифицированы по трем признакам: - по месту образования; - по виду содержащихся в стоках веществ; - по фазово-дисперсному состоянию загрязнений. По месту образования сточные воды могут быть: - бытовые – от раковин, унитазов, ванн и др. источников стоков, установленных в жилых, общественных, коммунальных и промышленных зданиях; - производственные – стоки, образующиеся при использовании воды для различных технологических процессов производства; - атмосферные – образуются на поверхности проездов, площадей и крыш зданий при выпадении осадков; к этой категории относятся дождевые и талые стоки, а также воды от поливки улиц (поливомоечные). Все категории сточных вод в той или иной степени содержат загрязнения, вид и состав которых позволяет делить стоки по виду содержащихся в них веществ. Различают три следующие основные группы загрязнений: Минеральные загрязнения. К ним относятся: песок, глинистые частицы, частицы руды, шлака, растворимые неорганические соли, кислоты и щелочи. Органические загрязнения. Могут быть разделены на загрязнения растительного происхождения, в которых преобладает химический элемент углерод (остатки овощей, плодов и т.д.) и животного происхождения, в которых преобладает азот (физиологические выделения, остатки живых тканей и т.д.). В бытовых стоках содержится примерно 60% загрязнений органического происхождения и 40% минерального. Органические загрязнения являются благоприятной средой для развития микроорганизмов, поэтому в стоках содержится еще один, третий вид загрязнений: Биологические загрязнения. К этой категории относятся бактерии, дрожжевые и плесневелые грибки, яйца гельминтов и вирусы. По фазово-дисперсному состоянию все загрязнения делятся по степени дисперсности (т.е. измельченности) на: Растворенные вещества, состоящие из молекулярно-дисперсных частиц, размером не более 0,01 мкм (10-8 м). Коллоидные вещества – частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм. Нерастворенные примеси, размер частиц которых составляет более 0,1 мкм. В свою очередь эти примеси делятся на всплывающие, оседающие и взвешенные вещества. Производственные сточные воды делятся на условно-чистые, которые использовались преимущественно на охлаждение и почти не загрязнены, и загрязненные. Последняя категория может быть разделена на три группы стоков, содержащих: - преимущественно минеральные вещества; - преимущественно органические вещества; - органические, ядовитые вещества. В зависимости от концентрированности производственные сточные воды могут быть высококонцентрированными и слабоконцентрированными, по значению показателя pH стоки делятся на малоагрессивные (в том числе слабокислые и слабощелочные) и высокоагрессивные (сильнокислые и сильнощелочные). Для характеристики загрязненности сточных вод используют т.н. суммарные или групповые показатели. Эти показатели характеризуют определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ. Вот некоторые важнейшие показатели загрязненности: Взвешенные вещества – количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы Оседающие вещества – часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 часа отстаивания. В среднем в бытовые стоки поступает 65 гр. взвешенных и 30…35 гр. оседающих веществ на человека в сутки. Сухой остаток – количество загрязнений, остающееся после выпаривания пробы при 105оС. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – количество кислорода, потребляемое аэробными микроорганизмами в процессе жизнедеятельности для окисления органических веществ, содержащихся в сточной воде. Этот показатель характеризует содержание органики, которая может быть удалена методом биологической очистки, например, с помощью активного ила в аэротенках. Химическая потребность в кислороде (ХПК) – количество кислорода, необходимое для окисления углерода органических соединений водорода, азота и серы, содержащихся в сточной воде. Концентрация ионов водорода – выражается величиной pH (отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода). Среда считается кислой при pH < 7, и щелочной при pH > 7. Городские стоки обычно имеют слобощелочную реакцию среды pH = 7,2…7,8. Коли-титр – наименьшее количество воды, в котором содержится 1 кишечная палочка рода Escherichia Coli. Этот показатель косвенно характеризует зараженность воды патогенными микроорганизмами. 8.3 Системы водоотведения городов, их сравнительная характеристика Система водоотведения города – комплекс сооружений, предназначенный для приема и отведения сточных вод всех категорий. Удаление сточных вод за пределы населенных пунктов и промышленных предприятий осуществляется, как правило, самотеком по трубам и каналам, поэтому их прокладывают с уклоном. В современных городах устраивают централизованную систему водоотведения, состоящую из внутренних и наружных водоотводящих сетей, насосных станций и очистных сооружений. Выделяют три основные системы водоотведения: 1. Общесплавная система имеет одну водоотводящую сеть, предназначенную для отвода сточных всех видов: бытовых, производственных и дождевых (рисунок 8.1). 1 – коллектор бассейна водоотведения; 2 – главный коллектор; 3 – ливнеспуск; 4 – выпуск Рисунок 8.1 – Схема общесплавной системы водоотведения Во время сильных дождей часть смеси производственно-бытового и дождевого стока сбрасывается в водный поток через ливнеспуски. 2. Раздельная система водоотведения бывает полной и неполной. Полная раздельная система водоотведения имеет две закрытые водоотводящие сети, одна – для отведения бытовых и производственных стоков, вторая – для отвода дождевых сточных вод. Неполная раздельная система отличается от полной тем, что дождевые стоки отводятся открытой сетью, то есть уличными лотками, кюветами и канавами. 1 - коллектор бытовой сети; 2 – главный коллектор; 3 – коллектор дождевой сети; 4 – выпуск Рисунок 8.2 – Схема раздельной системы водоотведения Дождевые сточные воды могут отводиться в водоем как без очистки, так и с очисткой 3. Полураздельная система водоотведения имеет две водоотводящие сети – производственно-бытовую и дождевую. В местах пересечения этих сетей устраивают разделительные камеры, назначение которых состоит в том, чтобы сбрасывать в водоем во время сильных дождей избыточную часть стока. Таким образом, в производственно-бытовую сеть через разделительные камеры поступает только наиболее загрязненная часть ливневых сточных вод. 1 - коллектор бытовой сети; 2 – разделительная камера; 3 – коллектор дождевой сети; 4 – выпуск Рисунок 8.3 – Схема полураздельной системы водоотведения Кроме этих основных систем, в некоторых городах может быть еще одна. Комбинированная система водоотведения – это такая система, при которой населенный пункт в одной части оборудован общесплавной системой, а в другой – полной раздельной. Такие системы складываются исторически в развивающихся городах. 8.4 Сравнительная технико-экономическая и экологическая оценка систем водоотведения Общесплавная система Достоинства: • Меньшая протяженность трубопроводов по сравнению с остальными системами • Сброс неочищенных стоков может быть отрегулирован с учетом самоочищающей способности водоема • Уменьшение количества сооружений на сети • Значительно меньше стоимость эксплуатации по сравнению с полной раздельной системой Недостатки: • Больше диаметры труб, и, как следствие, увеличение капитальных вложений на строительство сети • Высокая стоимость насосных станций и очистных сооружений • Сброс в водоемы во время ливней смеси бытовых, дождевых и производственных стоков Основные условия применимости: • при расходах в водном потоке не менее 5 м3/с • при малом количестве районных насосных станций • при высокой плотности населения • при дождях малой интенсивности Полная раздельная система Достоинства: • Меньшие капитальные вложения по сравнению с общесплавной системой • Меньшая стоимость насосных станций и очистных сооружений по сравнению с общесплавной системой • Невозможность поступления производственно-бытовых стоков в водоем Недостатки: • Большая протяженность сети • Повышенные эксплуатационные затраты • Сброс всех дождевых стоков в водоем Основные условия применимости: • при допустимости сброса всех дождевых стоков в водоем • при большом количестве районных насосных станций • при дождях высокой интенсивности Полураздельная система Достоинства: • Отсутствие сброса производственно-бытовых и сильно загрязненных дождевых сточных вод в водоем • Очистка наиболее загрязненной части дождевого стока Недостатки: • Самая высокая стоимость строительства Основные условия применимости: • при малых или непроточных водоемах • для районов акваторий, использующихся для отдыха населения • при повышенных требованиях к защите водоемов 8.5 Общая схема водоотведения и ее элементы Схемой водоотведения называется технически и экономически обоснованное проектное решение принятой системы водоотведения с учетом местных условий и перспектив развития объекта водоотведения. Схема водоотведения обслуживаемого объекта (города или промышленного предприятия) включает разнообразные сооружения, которые по своему назначению делятся на две основные группы. К первой группе относят оборудование и сооружения, предназначенные для приема и транспортирования сточных вод: • Внутренние водоотводящие устройства (внутренняя сеть), • Наружная водоотводящая сеть, • Насосные станции и напорные водоводы Ко второй группе относят: • Очистные станции и сооружения, • Выпуски сточных вод в водоем Внутреннюю водоотводящую сеть в зависимости от категории отводимой жидкости подразделяют на: • Бытовую – для отведения из зданий бытовых и фекальных сточных вод, • Производственную – для отведения из цехов производственных сточных вод, • Дождевую – для отведения дождевых и талых вод с поверхности крыш зданий Бытовая внутренняя водоотводящая сеть включает в себя приемники сточных вод (унитазы, умывальники, раковины и т.д.), отводные линии к стояку, сами стояки и выпуски из зданий. Более подробно бытовую внутреннюю канализацию и водопровод рассматривают в курсе “Санитарно-техническое оборудование зданий”. Схемы внутреннего производственного водоотведения характеризуются большим разнообразием в зависимости от производства, установленного оборудования и т.п. условий. Наконец, внутренние водостоки состоят из приемных воронок, отводных труб, стояков и внутренних коллекторов. Наружная водоотводящая сеть состоит из подземной сети труб и каналов, прокладываемых с уклоном. Эти сети разделяются на дворовые, внутриквартальные и уличные. 1. Дворовая водоотводящая сеть располагается в пределах одного двора и обслуживает одно или несколько зданий, она включает в себя выпуски из зданий, приемные и смотровые колодцы, а также систему подземных труб небольшого (150…200 мм) диаметра. Последний колодец перед присоединением дворовой сети к уличной сети называется контрольным колодцем. 2. Внутриквартальная сеть располагается уже в пределах квартала или микрорайона, состоит из тех же элементов, что и дворовая. 3. Уличная водоотводящая сеть служит для транспортирования сточных вод, поступающих от отдельных кварталов населенного пункта в один трубопровод, называемый коллектором. Различают следующие виды коллекторов: • коллектор бассейна водоотведения – собирает сточные воды из сети одного бассейна водоотведения, • главный коллектор – собирает сточные воды от коллекторов бассейна водоотведения, • загородный коллектор – отводит транзитом стоки за пределы населенного пункта к насосной станции или очистным сооружениям При необходимости перекачки сточных вод из отдельных районов устраивают насосные станции и напорные трубопроводы сточных вод. Насосные станции могут быть трех видов: • местные – принимают и отводят стоки от группы или отдельных зданий, • районные – осуществляют подъем сточных вод из глубоко лежащих коллекторов в более высоко расположенные, • главные - насосные станции, подающие воду на очистные сооружения со всего населенного пункта Напорные трубопроводы транспортируют сточную воду на более высокие отметки (например, на станцию очистки). От главной насосной станции стоки поступают на очистные сооружения канализации, где происходит их очистка до необходимой степени. Выпуски воды в водоем – специальные сооружения, конструкция которых обусловлена следующими требованиями: обеспечение быстрого и интенсивного смешения сточных вод с водой водоема и исключение разрушения самого выпуска потоками сбрасываемой сточной воды и воды водоема. 8.6 Схемы наружных водоотводящих сетей. Бассейны водоотведения Имеются 4 основные схемы начертания наружных водоотводящих сетей населенных пунктов: • Перпендикулярная • Пересеченная • Зонная • Радиальная Выбор той или иной схемы зависит от принятой системы водоотведения и особенностей рельефа местности 1. Перпендикулярная схема применяется для дождевой канализации. По этой схеме коллекторы трассируются по рельефу местности к водному потоку по наикратчайшему расстоянию. Эта схема применяется тогда, когда или нет необходимости в очистке сточных вод, либо такая возможность отсутствует. 2. Пересеченная схема предусматривает прокладку главного коллектора по пониженной части объекта обычно вдоль водного потока. Эта схема применима при раздельной и общесплавной системах водоотведения. Пересеченная схема применяется тогда, когда необходима очистка сточных вод. 3. Зонная схема применяется на объектах со значительной разницей отметок поверхности земли по террасам. Встречается редко. 4. Радиальная схема предусматривает трассировку коллекторов от центра населенного пункта, при этом может быть устроено несколько очистных станций. Эта схема применяется при условии возможности использования двух или более приемников сточных вод. Кроме четырех наиболее распространенных схем водоотведения, известны и другие, например: • местная – сеть, которая обслуживает одно или группу зданий с самостоятельными очистными сооружениями, • веерная – применяется при очень больших уклонах местности к водоему, поэтому коллекторы располагаются почти параллельно друг другу. На территории промышленных предприятий обычно устраивают полную раздельную систему водоотведения, в которой имеются производственная, бытовая и дождевая сеть. Если рассматривать соотношение числа очистных станций и населенных пунктов, все схемы водоотведения можно разделить на централизованные, децентрализованные и районные. При централизованной схеме водоотведения сточные воды со всего города собираются и отводятся единой сетью на одну очистную станцию. При децентрализованной схеме устраивают районную канализацию с самостоятельными очистными сооружениями. Для нескольких близко расположенных населенных пунктов или предприятий применяют районную схему водоотведения, при этом устраивают одну очистную станцию большой мощности вместо нескольких маломощных станций очистки. Бассейн водоотведения – это часть объекта водоотведения, ограниченная водоразделом или водоемом, вертикальной планировкой города или границами застройки, водоотведение с которой осуществляется системой самотечных трубопроводов. Границы бассейна водоотведения, как правило, соответствуют линиям водоразделов. При плоском рельефе местности границы бассейнов назначают, исходя из условия возможно большего охвата территории самотечной сетью. 9 Внутренний водопровод зданий 9.1 Классификация внутренних водопроводов Внутренний водопровод зданий - это система трубопроводов и устройств, подающих воду внутри зданий, включая ввод водопровода, который находится снаружи. В состав внутреннего водопровода входят: 1) трубопроводы и соединительные фасонные детали (фитинги); 2) арматура (краны, смесители, вентили, задвижки и т.д.); 3) приборы (манометры, водомеры); 4) оборудование (насосы). Рисунок - Классификация внутренних водопроводов Таким образом, внутренний водопровод подразделяется в первую очередь на холодный (В) и горячий (Т) водопровод. На схемах и чертежах в отечественной документации холодные водопроводы обозначаются буквой русского алфавита В, а горячие - буквой русского алфавита Т. Холодные водопроводы имеют следующие разновидности: В1 - хозяйственно-питьевой водопровод; В2 - противопожарный водопровод; В3 - производственный водопровод (общее обозначение). Современный горячий водопровод должен иметь в здании две трубы: Т3 - подающая, Т4 - циркуляционная. Попутно отметим, что Т1-Т2 обозначаются системы отопления (теплосети), которые не относятся непосредственно к водопроводу, однако связаны с ним, что рассмотрим позднее. 9.2 Водопроводные трубы Все трубы внутреннего водопровода обычно имеют следующие внутренние диаметры:  15 мм (в квартирах), 20, 25, 32, 40, 50 мм. В отечественной практике применяют стальные, пластмассовые и металлополимерные трубы. Стальные водогазопроводные оцинкованные трубы по ГОСТ 3262-75* пока имеют массовое применение для хозяйственно-питьевого водопровода В1 и горячего водопровода Т3-Т4. С 1 сентября 1996 г. изменением № 2 СНиП 2.04.01-85 рекомендуется для перечисленных водопроводов в первую очередь применять пластмассовые трубы из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полибутилена, металлополимерные, из стеклопластика. Допускается применять медные, бронзовые, латунные трубы, а также стальные с внутренним и наружным защитным покрытием от коррозии. Срок службы труб холодного водопровода должен быть не менее 50 лет, а горячего водопровода не менее 25 лет. Любая труба должна выдерживать избыточное (манометрическое) давление не менее 0,45 МПа (или 45 м водяного столба). Стальные трубы прокладываются открыто с зазором 3-5 см от строительной конструкции. Пластмассовые и металлополимерные трубы следует прокладывать скрыто в плинтусах, штрабах, шахтах и каналах. Способы соединений водопроводных труб: 1) Резьбовое соединение. В местах стыков труб применяются фасонные соединительные детали (фитинги) - см. далее . Нанесение резьбы на оцинкованные трубы проводят после оцинкования. Резьба труб должна быть защищена от коррозии смазкой. Способ резьбового соединения надёжный, но трудоёмкий. 2) Сварное соединение. Менее трудоёмкое, но разрушает защитное цинковое покрытие, которое нужно восстанавливать. 3) Фланцевое соединение. Применяется в основном при монтаже оборудования (насосов и т.д.). 4) Клеевое соединение. Применяется главным образом для пластмассовых труб. 9.3 Фасонные детали (фитинги) Фасонные детали (фитинги) применяются в основном для резьбового соединения водопроводных труб. Они изготавливаются из чугуна, стали или бронзы. Вот наиболее употребляемые фитинги: - муфты (стыковое соединение труб равного или разного диаметра); - угольники (поворот трубы на 90); - тройники (боковые подсоединения труб); - кресты (боковые подсоединения труб). 9.4 Водопроводная арматура, приборы и оборудование Водопроводная арматура применяется: - водоразборная (краны водоразборные, банные, поплавковые клапаны смывных бачков унитазов); - смесительная (смесители для мойки, для умывальника, общий для ванны и умывальника, с душевой сеткой и т.д.); - запорная (вентили на диаметрах труб  15-40 мм, задвижки на диаметрах  50 мм и более); - предохранительная (обратные клапаны - ставятся после насосов). Условные обозначения водопроводной арматуры см. выше. Приборы на водопроводе: - манометры (измеряют давление и напор); - водомеры (измеряют расход воды). Условные обозначения приборов см. выше. Насосы - это основное оборудование на водопроводе. Они повышают давление (напор) внутри водопроводных труб. Подавляющее число водопроводных насосов в настоящее время работает за счёт электродвигателей. Насосы чаще всего применяют центробежного типа. Условные обозначения насосов см. выше. 9.5 ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОЙ ВОДОПРОВОД В1 Хозяйственно-питьевой водопровод В1 - это разновидность холодного водопровода. Это основной водопровод в городах и населённых пунктах, поэтому ему и присвоена цифра 1. В его названии на первом месте стоит слово "хозяйственный", так как основной объём воды - более 95 % - используется в зданиях на хозяйственные нужды и лишь менее 5 % - на питьё. Например, на одного жителя крупного города суточная норма водопотребления холодной воды, согласно СНиП 2.04.01-85, составляет около 180 л/сут, из которых на питьё в среднем расходуется около 3 литров. Элементы В1 Элементы хозяйственно-питьевого водопровода В1 рассмотрим на примере двухэтажного здания с подвалом. 1 - ввод водопровода; 2 - водомерный узел; 3 - насосная установка (не всегда); 4 - разводящая сеть водопровода; 5 - водопроводный стояк; 6 - поэтажная (поквартирная) подводка; 7 - водоразборная и смесительная арматура. Рисунок - Элементы хозяйственно-питьевого водопровода В1: Ввод водопровода Ввод водопровода — это участок подземного трубопровода с запорной арматурой от смотрового колодца на наружной сети до наружной стены здания, куда подаётся вода (см. рис. 2). Каждый ввод водопровода в жилых зданиях рассчитан на количество квартир не более 400. На схемах и чертежах ввод обозначается, например, так: Ввод В1-1. Это означает, что ввод относится к хозяйственно-питьевому водопроводу В1 и порядковый номер ввода № 1. Глубина заложения трубы ввода водопровода принимается по СНиП 2.04.02-84 для наружных сетей и находится по формуле: Hзал = Нпромерз + 0,5 м , где Нпромерз — нормативная глубина промерзания грунта в данной местности; 0,5 м — запас пол-метра. Водомерный узел Водомерный узел (водомерная рамка) — это участок водопроводной трубы непосредственно после ввода водопровода, который имеет водомер, манометр, запорную арматуру и обводную линию. Водомерный узел надлежит устанавливать у наружной стены здания в удобном и легкодоступном помещении с искусственным или естественным освещением и температурой воздуха не ниже +5 °С согласно СНиП 2.04.01-85. Обводная линия водомерного узла обычно закрыта, а арматура на ней опломбирована. Это необходимо для учёта воды через водомер. Достоверность показаний водомера можно проверить с помощью контрольного крана-вентиля, установленного после него. Насосная установка Насосная установка на внутреннем водопроводе необходима при постоянном или периодическом недостатке напора, обычно когда вода не доходит по трубам до верхних этажей здания. Насос добавляет необходимый напор в водопроводе. Чаще всего используются насосы центробежного типа с приводом от электродвигателя. Минимальное число насосов — два, из которых один рабочий насос, а другой резервный насос. Схема насосной установки для этого случая показана в аксонометрии. Обратные клапаны препятствуют противодавлению на насос воды из здания, а также предохраняют от паразитной циркуляции. Обводная линия насосной установки в отличие от водомерного узла наоборот всегда открыта. Это связано с тем, что в периоды достаточного напора из наружной сети работа насоса не требуется. Тогда электроманометром насос выключается, а вода поступает в здание через обводную линию. Разводящая сеть водопровода Разводящие сети внутреннего водопровода прокладываются, согласно СНиП 2.04.01-85, в подвалах, технических подпольях и этажах, на чердаках, в случае отсутствия чердаков — на первом этаже в подпольных каналах совместно с трубопроводами отопления или под полом с устройством съёмного фриза или под потолком верхнего этажа. Трубопроводы могут крепиться: - с опиранием на стены и перегородки в местах монтажных отверстий; - с опиранием на пол подвала через бетонные или кирпичные столбики; - с опиранием на кронштейны вдоль стен и перегородок; - с опиранием на подвески к перекрытиям. В подвалах и техподпольях к разводящим сетям водопровода присоединяют трубы  15, 20 или 25 мм, подающие воду к поливочным кранам, которые обычно выводят в ниши цокольных стен наружу на высоте над землей около 30-35 см. По периметру здания поливочные краны размещают с шагом 60-70 метров. Водопроводные стояки Стояком называется любой вертикальный трубопровод. Водопроводные стояки размещают и конструируют по следующим принципам: 1) Один стояк на группу близкорасположенных водоразборных приборов. 2) Преимущественно в санузлах. 3) С одной стороны от группы близкорасположенных водоразборных приборов. 4) Зазор между стеной и стояком принимают 3-5 см. 5) В основании стояка предусматривают запорный вентиль. Поэтажные подводки В1 Поэтажные (поквартирные) подводки подают воду от стояков к водоразборной и смесительной арматуре: к кранам, смесителям, поплавковым клапанам смывных бачков. Диаметры подводок обычно принимают без расчёта  15 мм. Это связано с тем же диаметром водоразборной и смесительной арматуры. Непосредственно около стояка на подводке устанавливают запорный вентиль  15 мм и квартирный водомер ВК-15. Далее подводят трубы к кранам и смесителям, причём ведут трубы на высоте 10-20 см от пола. Перед смывным бачком на подводке устанавливают дополнительный вентиль для ручной регулировки напора перед поплавковым клапаном. Водоразборная и смесительная арматура Водоразборная и смесительная арматура служит для получения воды из водопровода. Она устанавливается на концах трубопроводов подводок на определённой высоте над полом, регламентированной СНиП 3.05.01-85. Например, общий смеситель для умывальника и ванны устанавливается в уровне верха борта умывальника на высоте над полом равной 850 мм. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ВОДОПРОВОД В3 Производственный водопровод подаёт воду в производственные здания на различные технологические нужды, поэтому требования по качеству воды весьма разнообразны. Стандартная классификация производственного водопровода В3 по качеству воды изображена на рис Рис. 6 В3  это общее обозначение любого производственного водопровода. На первом месте в классификации стоит оборотное водоснабжение В4-В5, в котором В4  подающая труба, а В5  труба обратная. Оборотное водоснабжение  это перспективные, экологически чистые и ресурсосберегающие системы. В6  системы с умягчённой водой. В7  системы с речной водой. В8  системы с осветлённой водой. В9 — системы с подземной (промышленной) водой и так далее … 9.6 Области использования воды в строительстве 1) В составе выпускаемой продукции (В1): приготовление бетонов, строительных растворов. 2) На парообразование (В6): а) пропарка бетонных и железобенных изделий; б) строительные котельные. 3) На охлаждение (В6): а) строительных машин; б) котельных. 4) Поливка (В7): а) кирпича перед кладкой или оштукатуриванием; б) твердеющего бетона; в) для предварительного замачивания просадочного грунта. 5) Промывка (В7 или В8): а) щебня; б) песка. 6) Вода в качестве гидротранспорта (В7): 10 Внутренняя канализация зданий Внутренняя канализация зданий - это система трубопроводов и устройств, отводящих сточные воды из зданий, включая наружные выпуски до смотровых колодцев. В состав внутренней канализации входят: 1) санитарно-технические приборы и приёмники сточных вод; 2) раструбные трубопроводы; 3) соединительные фасонные детали; 4) устройства для прочистки сети. 10.1 Классификация внутренней канализации . Таким образом, внутреннюю канализацию на схемах и чертежах в отечественной документации обозначают буквой русского алфавита К. Внутренняя канализация имеет следующие разновидности: К1 - бытовая канализация (по-старому: "хозяйственно-фекальная канализация"); К2 - дождевая канализация (или "внутренние водостоки"); К3 - производственная канализация (общее обозначение). 10.2 Санитарно-технические приборы и приёмники сточных вод Санитарно-технические приборы и приёмники сточных вод первыми в канализации принимают стоки. Вот наиболее применимые в бытовой канализации К1 санитарно- технические приборы: - мойки кухонные; - умывальники; - ванны; - унитазы. Писсуары применяют для общественных туалетов, а души-биде для комнат гигиены женщин. В полу общественных туалетов и мусорокамер зданий в К1 устанавливают напольные трапы (разновидность воронок) из чугуна или пластмассы по ГОСТ 1811-97 соответственно диаметром  50 мм и  100 мм, согласно СНиП 2.04.01-85. В дождевой канализации К2 на кровлях зданий устанавливают водосточные воронки: колпаковые (для неэксплуатируемых кровель) или плоские (для эксплуатируемых кровель). В производственной канализации К3 применяют следующие приёмники сточных вод: трапы, ванны, напольные решетки с гидрозатворами и без гидрозатворов, лотки. Сифоны и гидравлические затворы располагают сразу под санитарно-техническими приборами и приёмниками сточных вод. Принцип их действия можно рассмотреть на примере сифона коленчатого типа, устанавливаемого под умывальником или кухонной мойкой. За счёт изогнутости трубы сифона в виде петли в нём всегда остаётся вода, создающая гидравлический затвор, то есть водяную пробку, препятствующую проникновению запахов из системы канализации в помещения зданий. Условные обозначения сифонов см. выше. Канализационные раструбные трубопроводы Трубы для канализации применяют раструбные. Рaструб  это уширение на одном конце трубы, служащее для соединения с другими трубами или с фасонными деталями. Раструбы должны быть направлены против движения сточных вод. Диаметры труб внутренней канализации чаще всего применяют  50 мм и  100 мм. В бытовой канализации К1 трубы  50 мм используют для отведения сточных вод от умывальников, моек и ванн. Трубы  100 мм служат для присоединения унитазов. По материалу наибольшее распространение получили чугунные и пластмассовые трубопроводы. Чугунные канализационные трубы  50 мм и  100 мм применяют по ГОСТ 6942-98 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.). Они могут быть длиной 750 мм, 1000 мм, 1250 мм, 2000 мм, 2100 мм, 2200 мм. Покажем обозначение марки трубы. Например, труба чугунная канализационная  100 мм длиной 2000 мм обозначается в спецификациях так: ТЧК-100-2000. Раструбный стык чугунных труб зачеканивают смоляной или битумизированной пеньковой прядью (кaболкой) и замазывают расширяющимся цементным раствором (см. рис. 11). Пластмассовые канализационные трубы диаметрами  40, 50, 90 и 110 мм применяют по ГОСТ 22689-89* "Трубы полиэтиленовые канализационные и фасонные части к ним". Их изготавливают из полиэтилена низкого (ПНД) и высокого (ПВД) давления. Они предназначены для систем внутренней канализации зданий с максимальной температурой сточной жидкости +60 °С и кратковременной (до 1 мин) +95°С. Это является недостатком полиэтиленовых труб. Раструбный стык пластмассовых трубопроводов уплотняют резиновым кольцом, которое вставлено в паз раструба. С силой вдвигая трубу в раструб, получают необходимое уплотнение стыка за счёт обжатия резинового кольца. Уклоны внутренней канализации обычно не рассчитывают, а назначают конструктивно так:  для  50 мм уклон 0,035;  для  100 мм уклон 0,02. Условные обозначения канализационных трубопроводов см. в . Полный перечень условных обозначений см. в ГОСТ 6942-98 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.). Соединительные фасонные детали Как уже было сказано, канализационные трубы соединяют между собой с помощью раструбов этих же труб. Однако, обойтись одними раструбами труб невозможно, поэтому для переходов с меньшего диаметра на больший, поворотов и боковых присоединений применяют соединительные фасонные детали по ГОСТ 6942-98 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.): патрубки переходные (для перехода с меньшего на больший диаметр);  колена (для поворота трубопроводов на 90°);  отводы (для поворота трубопроводов на 135°);  тройники прямые (для стояков);  тройники косые (преимущественно для горизонтальных участков);  крестовины прямые (для стояков);  крестовины косые (преимущественно для горизонтальных участков). Условные обозначения соединительных фасонных деталей для канализации см. Полный перечень условных обозначений см. в ГОСТ 6942-98 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.). Устройства для прочистки сети Для прочистки канализационных сетей от засоров применяют следующие фасонные детали:  ревизии (на стояках);  прочистки из косых тройников или отводов с пробками-заглушками (на горизонтальных участках) или прямых тройников с пробками-заглушками (на вертикальных участках), а также по ГОСТ 6942-98 "Трубы чугунные канализационные и фасонные части к ним" (введён с 1 января 1999 г.). Ревизия  это раструбная труба, на боковой поверхности которой имеется съёмный фланец с резиновой прокладкой, прикреплённый к трубе четырьмя или двумя болтами. Ревизии устанавливаются на стояках в соответствии с требованиями СНиП 2.04.01-85:  на верхнем и нижнем этажах;  в жилых зданиях высотой 5 этажей и более  не реже чем через три этажа. Прочистки устанавливают на горизонтальных участках (вернее, почти горизонтальных, так как они прокладываются с уклоном) с шагом по СНиП 2.04.01-85 не более 8-10 метров. 10.3 БЫТОВАЯ КАНАЛИЗАЦИЯ К1 Бытовая канализация К1 предназначена для отведения сточных вод от санузлов, ванн, кухонь, душевых, общественных уборных, мусорокамер и т.д. Это основная канализация зданий. Старое название её "хозяйственно-фекальная" канализация. Элементы К1 Элементы бытовой канализации К1 рассмотрим на примере двухэтажного здания с подвалом. Вот основные элементы К1 по ходу движения сточных вод: 1  санитарно-технический прибор; 2  сифон (гидравлический затвор); 3  отводящий поэтажный трубопровод; 4  канализационный стояк; 5  отводящая сеть в подвале; 6  выпуск канализации. Отметим некоторые детали. Под сифоном показано колено. Оно применяется на невысоких стояках (не более 1 этажа). Отводящий поэтажный трубопровод 3 проложен с уклоном и присоединён с помощью прямого тройника к стояку 4. На стояке установлены ревизии. Верх стояка выведен выше кровли в атмосферу на высоту z  это вентиляция канализационного стояка. Она необходима для проветривания внутренности канализации, а также от появления избыточного давления или, наоборот, вакуума в канализации. Вакуум может появиться при неисправной вентиляции стояка во время слива воды с верхнего этажа, что приведёт в срыву сифона, то есть вода из сифона нижнего этажа уйдёт и появится запах в помещении. Высоту стояка над кровлей принимают по СНиП 2.04.01-85 не менее величин: z = 0,3 м  для плоских неэксплуатируемых кровель; z = 0,5 м  для скатных кровель; z = 3 м  для эксплуатируемых кровель. Канализационный стояк можно устраивать без вентиляции, то есть не выводить над кровлей, если его высота Hст не превышает 90 внутренних диаметров трубы стояка. В последнее время в продаже появились вакуумные клапаны для канализационных стояков, постановка которых в уровне верхнего этажа избавляет от устройства вентиляционного вывода стояка над кровлей здания. В основании стояка установлены два отвода, так как стояк крайний на сети в подвале. Если стояк сверху попадает на трубу сети, то применяют косой тройник и отвод. Применять прямой тройник в подвале нельзя, так как ухудшается гидравлика стока и возникают засоры. В конце отводящей сети 5 перед наружной стеной собрана прочистка из прямого тройника с пробкой-заглушкой. Считая от этой прочистки, длина выпуска канализации L не должна быть более 12 метров при диаметре трубы  100 мм, согласно СНиП 2.04.01-85. С другой стороны, расстояние от смотрового колодца дворовой канализации до стены здания не должно быть менее 3 метров. Поэтому расстояние от дома до колодца обычно принимают 3-5 метров. Глубина заложения выпуска канализации от поверхности земли до лотка (низа трубы) у наружной стены принимается равной глубине промерзания в данной местности, уменьшенной на величину 0,3 метра (учитывается влияние здания на незамерзание грунта рядом с домом). 10.4 ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КАНАЛИЗАЦИЯ К3 Производственная канализация К3 предназначена для отведения технологических сточных вод из промзданий. Отличительной особенностью К3 от К1 и К2 является наличие дополнительных сооружений (местных очистных сооружений, насосных станций перекачки и т.д.). Классификация производственной канализации К3 по составу сточных вод изображена на рис. 15. Рис. 15 К3  это общее обозначение любой производственной канализации. К4  системы с механически загрязнёнными сточными водами. К5  системы с илосодержащими сточными водами. К6  системы с шламосодержащими сточными водами. К7  системы с простоками, содержащими химические загрязнения. К8  системы с кислыми сточными водами. К9  системы со щелочными сточными водами. Условные обозначения – видимый участок трубопровода В1 (открытая прокладка). – невидимый участок трубопровода К1 (скрытая прокладка). – пересечение труб. – кран водоразборный. – кран поливочный. – поплавковый клапан смывного бачка унитаза. – смеситель для мойки или умывальника. – смеситель с душевой сеткой. – смеситель общий для ванны и умывальника. – вентиль запорный (диаметром 15, 20, 25, 32, 40 мм). – задвижка (диаметром 50 мм и более). – клапан обратный. – водомер (счетчик расхода воды). – манометр. – насос центробежного типа. – вибровставка (армированный резиновый шланг). – мойка кухонная. – умывальник. – ванна. – унитаз с косым выпуском. – трап напольный с сифоном (гидрозатвором). – воронка водосточная колпаковая (для неэксплуатируемых кровель). – воронка водосточная плоская (для эксплуатируемых кровель). – труба раструбная канализационная. – патрубок переходной (обычно для перехода с  50 мм на  100 мм). – колено (для поворота трубопроводов канализации на 90°). – отвод (для поворота трубопроводов канализации на 135°). – тройник прямой (для стояков). – тройник косой (преимущественно для горизонтальных участков). – крестовина прямая (для стояков). – крестовина косая (преимущественно для горизонтальных участков). – сифон коленчатого типа (под умывальниками и мойками). – сифон бутылочного типа (под умывальниками и мойками). – сифон для ванны. – ревизия.